含有傾斜界面硅/鍺超晶格的導(dǎo)熱性能*

劉英光 任國梁 郝將帥 張靜文 薛新強

(華北電力大學(xué)能源動力與機械工程學(xué)院， 保定 071003)

采用非平衡分子動力學(xué)(NEMD)方法模擬含有傾斜界面的硅/鍺(Si/Ge)超晶格在不同傾斜角、不同周期長度、不同樣本長度和不同溫度下的導(dǎo)熱性能.模擬結(jié)果表明， Si/Ge超晶格的熱導(dǎo)率隨著界面傾斜角的增加而非單調(diào)變化.當(dāng)周期長度為4—8原子層時， 界面傾斜角為45°的熱導(dǎo)率比其他界面傾斜角時熱導(dǎo)率增大了一個數(shù)量級， 且熱導(dǎo)率隨樣本長度的增加而增加， 隨溫度的增加而減小.然而當(dāng)周期長度為20原子層時，由于聲子局域化的存在， 熱導(dǎo)率對樣本長度和溫度的依賴性都較弱.

1 引 言

熱電材料是一種利用固體內(nèi)部載流子運動實現(xiàn)熱能和電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料， 具有方便、清潔等優(yōu)點， 在熱電制冷器、紅外探測儀、超導(dǎo)電子儀、遙控導(dǎo)航系統(tǒng)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景[1-4].目前熱電材料的能量轉(zhuǎn)換效率采用無量綱熱電優(yōu)值(ZT)來衡量，ZT=S2σT/κ， 其中S，σ，κ和T分別為塞貝克系數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和絕對溫度.一般來說追求高的ZT值需要塞貝克系數(shù)S和電導(dǎo)率σ最大化的同時減小熱導(dǎo)率κ.由于納米結(jié)構(gòu)材料在對電導(dǎo)率和塞貝克系數(shù)影響較小的前提下可顯著降低材料熱導(dǎo)率從而提高熱電轉(zhuǎn)換效率， 因此近年來納米結(jié)構(gòu)材料的熱輸運問題引起了廣泛的研究興趣[5，6].超晶格是典型的由相同或者不同材料周期排列組成的納米結(jié)構(gòu)， 是熱電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的優(yōu)秀候選材料之一[7-10]， 所以學(xué)者……