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不同掺杂元素对石墨烯纳米带导热性能影响的计算研究
Diamond and Related Materials ( IF 4.3 ) Pub Date : 2022-09-17 , DOI: 10.1016/j.diamond.2022.109379 Junjie Chen
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更新日期:2022-09-20
Diamond and Related Materials ( IF 4.3 ) Pub Date : 2022-09-17 , DOI: 10.1016/j.diamond.2022.109379 Junjie Chen
各种元素的掺杂剂原子可以掺入石墨烯的晶格中,以调节其结构、光学和电学特性。虽然掺杂剂的存在会对热导率产生负面影响,但掺杂的确切影响仍然知之甚少,所涉及的机制仍然不清楚。通过进行分子动力学模拟,研究了不同掺杂元素对石墨烯带导热率的影响,以了解杂质如何影响纳米结构材料的导热性能。石墨烯带掺杂有硅、硼或氮元素,以改变它们的纳米结构和热性能。与掺杂相比,评估了边缘结构的重要性。卡拉威模型和爱因斯坦 s 模型用于提供热导率的理论上限和下限。为了进一步了解二维掺杂晶体中热传导的微观机制,评估了不同温度下光学声子的贡献。根据最大状态密度对热行为进行了计算分析。结果表明,少量的掺杂原子可以极大地改变导热能力。掺杂纳米材料的热导率按氮、硼、硅的顺序依次降低。声学声子仍然主导掺杂晶体中的热传导,但光学声子的贡献变得更大,特别是在较高温度下。光分支中声子的贡献随着掺杂浓度的增加而增加,可以高达 6.0%。在存在掺杂的情况下,边缘结构不会显着影响热导率和最大态密度。当石墨烯被重掺杂时,带长度的影响是微不足道的,而掺杂成为主导。该结果对理解掺杂元素与热传导特性之间的关系具有重要意义。
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