ترجمه هدایت و اصلاح حرارتی نانو نوارهای گرافنی(دینامیک مولکولی)

توضیحات

 عنوان فارسی: هدایت حرارتی و اصلاح حرارتی در نانو نوارهای گرافنی: مطالعه بر دینامیک مولکولی

عنوان انگلیسی مقاله ترجمه شده:

Thermal Conductivity and Thermal Rectification in Graphene Nanoribbons a Molecular Dynamics Study

چکیده:

ما برای محاسبه هدایت حرارتی از نانو نوارهای گرافنی متقارن و نامتقارن (GNR) در اندازه چند نانومتر از دینامیک مولکولی استفاده کرده‌ایم (بیشتر تقریبا 4 نانومتر عرض و حدود 10 نانومتر طول). برای نانو نوارهای متقارن، محاسبه هدایت حرارتی (به عنوان مثال  در 400K برای یک GNR زیگزاگی ) در روشی مشابه با مقدار اندازه آن در حالت تجربی برای گرافن می‌باشد. ما اثرات لبه کایرال[1] را بررسی کرده و یافتیم که نانو نوارهایی با لبه‌ی زیگزاگی[2] دارای هدایت حرارتی خیلی بیشتری نسبت به نانو نوارهایی با لبه‌ی آرمچیر[3] می‌باشد. برای نانو نوارهای نامتقارن، اصلاح حرارتی قابل توجهی را یافتیم. در میان انواع GNRهای مثلثی شکل ما به بررسی آنها پرداخته‌ایم، GNRای با لبه پائینی آرمچیر و زاویه راس  حداکثر اصلاح حرارتی را به ما می‌دهد. ما همچنین بر روی اثر نقص مطالعه کرده و یافتیم که جاهای خالی و لبه‌های سخت در نانو نوارها می‌تواند به طور قابل توجهی هدایت حرارتی را کاهش دهند. با این حال، اصلاح حرارتی قابل توجهی حتی در حضور لبه‌های سخت مشاهده شده است.

گرافن، یک تک لایه‌ای از گرافیت و شبکه کندوعسل دو بعدی با پیوند کربن SP²، یک بلوک ساختمانی است که بیشتر بر مبنای کربن نان مواد بوده و بر اساس آن مانند نانولوله‌های کربنی (CNT) و گلوله‌های باکی[4] می‌باشد. در چند سال اخیر توجهات بسیاری به سمت خواص الکترونیکی استثنایی و منحصر به فرد گرافن جلب شده است. نانو نوارهای گرافنی نوارهای باریکی از گرافن با چند ده نانومتر در عرض هستند خیلی جذاب و جالب است. و همین طور به عنوان عناصر مهمی در نانو الکترونیک‌های مبتنی بر کربن آینده در نظر گرفته شده‌اند. به عنوان مثال، نشان داده شده است که خیلی از ویژگی‌های الکترونیکی GNRها ممکن است توسط عرض یا لبه ساختارها تنظیم شوند.

علاوه بر خواص الکترونیکی، خواص حرارتی گرافن نیز از اهمیت خاصی برخوردار است. آزمایش‌های اخیر نشان داده‌اند که گرافن دارای خاصیت هدایت حرارتی بالایی است و به احتمال زیاد اساسا هدایت حرارتی بالا در نانو لوله‌های کربنی و گرافیت شناخته شده‌اند. این خود احتمالات متعددی را برای استفاده ار نانو ساختارهای گرافنی برای مدیریت حرارت در مقیاس نانو به وجود می‌آورد. در اینجا، ما از شبیه سازی دینامیکی مولکولی برای مطالعه بر انتقال حرارت در GNRها به اندازه چند نانومتر استفاده کرده‌ایم (معمولا 1-4 نانومتر عرض و 6-10 نانومتر طول)، مشاهده کردیم که هدایت حرارتی GNRها به کایرالیتی لبه‌ها بستگی داشته و می‌تواد تحت تأثیر نواقص‌ها نیز قرار گیرد. ما هم چنین مشاهده کردیم که اصلاح حرارتی (TR)[5] در GNRهای نامتقارن که در آن جا هدایت حرارتی در یک جهت است دارای تفاوت‌های قابل توجهی نسبت به هدایت در جهت مخالف آن است. اگرچه TR به صورت تجربی در نانو لوله‌هایی با جرم نامتقارن و به صورت تئوری در چند نانو ساختار کربنی اعم از نانو هورن‌های کربنی[6] و نانو لوله کربنی اتصالات درون مولکولی پیش بینی شده است ولی در سیستم‌های گرافنی علم ما مطالعه نشده است. TR دارای کاربردهای بالقوه‌ای در مدیریت حرارتی در مقیاس نانو مانند استفاده بر روی تراشه‌های خنک کننده و تبدیل انرژی با کنترل انتقال گرما و هم چنین در چنین طرحی از (مدارهای حرارتی) یا پردازش اطلاعات با استفاده از فونون‌ها می‌باشد. تحقیقات ما در رابطه با هدایت حرارتی و کنترل گرما در نانو ساختارهای گرافنی می‌تواند بر توسعه نانوالکترونیک انرژی کار آمد بر اساس گرافن بسیار مهم باشد.

در این کار، ما از شبیه سازی دینامیکی مولکولی (MD)[7] کلاسیک را بر اساس پتانسیل برنر[8] تعامل کربن-کربن استفاده کرده‌ایم. ما اتم‌ها را در دو انتهای یک GNR در ترموستات نوز-هوور[9] با درجه حرارت  (انتهای چپ) و  (انتهای راست) به ترتیب (اختلاف دما به عنوان  نشان داده) و نتایج جریان گرمایی  را محاسبه کرده‌ایم. هدایت حرارتی  از قانون فوریه شناخته شده و معروف  که ،  و  به ترتیب طول، عرض و ضخامت GNR می‌باشند محاسبه می‌شود. معادلات حرکت اتم‌ها در هر دو ترموستات نوز-هوور چپ یا راست به صورت زیر می‌باشند

توجه

• برای دانلود فایل کامل ورد لطفا اقدام به خرید نمایید.
• پس از خرید بلافاصله لینک دانلود فایل برای شما ایمیل خواهد شد.