Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

Баллистический перенос тепла в наноструктурах

# 05, май 2016
DOI: 10.7463/0516.0840329
Файл статьи: SE-BMSTU...o151.pdf (1231.61Кб)
авторы: Баринов А. А.1,*, Цао Ж.1, Хвесюк В. И.1

УДК 536.21

1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

Работа посвящена анализу переноса тепла в нанопленках в поперечном направлении.
Разработана обобщенная модель лучистого фононного переноса тепла, основанная на транспортном уравнении Больцмана. Модель представляет собой полупроводниковую или диэлектрическую пластину, на противоположных сторонах которой расположены металлические плёнки, представляющие собой абсолютно чёрные источники фононного излучения. В статье впервые представлена модель лучистого фононного переноса тепла абсолютно черного тела в широком диапазоне температур, где применима модель баллистического переноса. Проведен сравнительный анализ фононного и электромагнитного излучения.
Исходной является формула для определения интенсивности фононного излучения абсолютно чёрного тела в зависимости от температуры. Соотношение имеет форму, подобную закону Стефана-Больцмана, однако, в отличие от константы Стефана-Больцмана, величина фононного аналога константы зависит от температуры и свойств материала образца (осредненного значения фазовой скорости звука и температуры Дебая). Представлены графики зависимости фононного аналога константы Стефана-Больцмана от температуры для кремния, германия и алмаза; проанализировано влияние материала на поведение графика.
В работе развит метод определения теплопроводности наноплёнок в широком диапазон температур, где применимо приближение баллистического теплопереноса. Получены аналитические выражения для тепловых потоков и эффективной теплопроводности поперек пленки. Проведен расчет для нанопленок кремния, германия и алмаза. Показано, что теплопроводность нанопленки в поперечном направлении зависит от температуры, толщины образца и материала пленки. Проведено сопоставление результатов расчета с теоретическими моделями зарубежных авторов.

Список литературы
1.Zhang Z.M. Nano/Microscale Heat Transfer. NY: McGraw-Hill Book Company, 2007. 504 p.
2.Fourirer J. Théorie analytique de la chaleur. Cover. Chez Firmin Didot, père et fils, 1822. 639 p.
3.Casimir H.B.G. Note on the conduction of heat in crystals // Physica V, 1938. Vol. 5. Iss. 6. Pp. 495-500. DOI:10.1016/S0031-8914(38)80162-2
4.Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. Изд. 4-е, испр. и доп. М.: Наука, 1987. 387 c.
5.Пайерлс Р. Квантовая теория твёрдых тел: пер. с англ. М.: ИЛ, 1956. 259с.
6.Majumdar A. Microscale heat conduction in dielectric thin films // ASME J. Heat Transfer. 2003. Vol. 115. P. 7–16. DOI:10.1115/1.2910673
7.Оциск М.Н. Сложный теплообмен. М.: «Мир», 1976. 615 с.
8.Хвесюк В.И. Статистическая термодинамика (квантовые статистики). М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 128 с.
9.Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. Часть 1: Учебное пособие для вузов. М.: Физматлит, 2010. 616 с.
10.Zou J., Balandin A.J. Phonon heat conduction in a semiconductor nanowire // J. Appl. Phys. 2001. Vol. 89, 2932. DOI: 10.1063/1.1345515
11.McGaughey A.J.H., Landry E.S., Sellan D.P., Amon C.H. Size-dependent model for thin film and nanowire thermal conductivity // J. Appl. Phys. 2011. Vol. 99, 131904. DOI: 10.1063/1.3644163
12.Dong Y., Cao B.Y., Guo Z.Y. Ballistic–diffusive phonon transport and size induced anisotropy of thermal conductivity of silicon nanofilms // Physica E. 2015. vol. 66. Pp. 1–6. DOI: 10.1016/j.physe.2014.09.011
13.Adachi S., Capper P., Kasap S., Wi A. Properties of semiconductor alloys: group-IV, III-V and II-VI semiconductors. John Wiley & Sons, Ltd., Publication. 2009. 413 p.
14.Dames C., Chen G. Theoretical phonon thermal conductivity of Si/Ge superlattice nanowires // J. Appl. Phys. 2014. Vol. 95. P.682. DOI: 10.1063/1.1631734
Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2017 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)