[发明专利]一种量子化调控材料热导率的方法

说明书

本发明属于热导率调控技术领域，并具体公开了一种量子化调控材料热导率的方法。包括：获取材料中电子的能量本征值和基态能量对于原子位移的二阶导数或三阶导数；若获取到二阶导数，结合稳定的温度梯度计算出每个本征模式对热导率的贡献数值；若获取到三阶导数，得到模式热导率以及晶格热导率；根据每个本征模式对热导率的贡献数值或者模式热导率得到材料热导率贡献谱，选出主导材料热导率的声子本征模式；采用太赫兹脉冲激发特定频率声子的共振吸收，改变主导材料热导率的声子本征模式的数目，以改变和调控材料的热导率。本发明采用原位调控，在改变材料的热导率的同时，不会影响其他的机械性能，控制简单，成本低，响应快。

技术领域

本发明属于热导率调控技术领域，更具体地，涉及一种量子化调控材料热导率的方法。

背景技术

在固体物理学的概念中，结晶态固体中的原子或分子是按一定的规律排列在晶格上的。在晶体中，原子间有相互作用，原子并非是静止的，它们总是围绕着其平衡位置在做不断的振动。另一方面，这些原子又通过其间的相互作用力而联系在一起，即它们各自的振动不是彼此独立的。原子之间的相互作用力一般可以很好地近似为弹性力。声子(Phonon)是一种非真实的准粒子，是用来描述晶体原子热振动——晶格振动规律的一种能量量子，它的能量等于

石墨烯由于其优异的物理性质，在近些年引起广泛关注。尽管石墨烯的本征热导率很高，但其良好的机械柔性和优异的电输运性能使之有可能应用于热电领域。若能在不降低电输运性能的情况下有效降低石墨烯的热导率，则可大幅改善其热电性能。此外，基于其高导热特性，石墨烯已经广泛应用于芯片封装、光电器件、超级计算机、导热硅脂、纳米流体和复合材料等领域散热和增强导热。但是由于实际合成中的种种限制，引入很多额外的声子散射，加入的石墨烯片对复合材料热导率的提高并不理想。如果能进一步提高其导热性能，对于石墨烯在散热领域的应用有着重要的实际意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种量子化调控材料热导率的方法，其中结合石墨烯材料自身的特征及其热导率调控工艺特点，基于石墨烯材料电子的能量本征值和基态能量对于原子位移的二阶导数或三阶导数，计算出每个本征模式对热导率的贡献数值或者得到模式热导率，根据每个本征模式对热导率的贡献数值或者模式热导率得到材料热导率贡献谱，选出主导材料热导率的声子本征模式，采用太赫兹脉冲激发特定频率声子的共振吸收，从而增加该特定频率声子的能量，使其转化为主导材料热导率的声子本征模式，进而改变主导材料热导率的声子本征模式的数目，以改变和调控材料的热导率。本发明采用原位调控，在改变材料的热导率的同时，不会影响其他的机械性能，控制简单，无序复杂的工艺手续及较高的合成成本，响应快，太赫兹脉冲对于特定声子的激发非常迅速，响应快，太赫兹脉冲对于特定声子的激发非常迅速。

为实现上述目的，本发明提出了一种量子化调控材料热导率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，获取材料中电子的能量本征值和基态能量对于原子位移的二阶导数或三阶导数；

步骤二，若获取的为二阶导数，则根据该二阶导数求取材料声子频率和本征矢，并据此进行非平衡分子动力学模拟，以求得每个声子本征模式贡献的热流稳定值，再根据傅里叶导热定律，计算出每个本征模式对热导率的贡献数值；

步骤三，若获取的为三阶导数，则根据三阶导数获取声子散射矩阵，再根据波矢求出声子线宽，根据所述声子线宽计算弛豫时间，在弛豫时间近似假设下求解声子玻尔兹曼输运方程，从而得到模式热导率以及晶格热导率；

步骤四，根据每个本征模式对热导率的贡献数值或者模式热导率得到材料热导率贡献谱，选出主导材料热导率的声子本征模式；

步骤五，采用太赫兹脉冲激发特定频率声子的共振吸收，从而增加该特定频率声子的能量，使其转化为主导材料热导率的声子本征模式，进而改变主导材料热导率的声子本征模式的数目，以改变和调控材料的热导率。