使用分子动力学模拟,阐明部分化石墨烯的热特性
Javier Varillas1,2, Martin Kalbáč1
1Department of Low-Dimensional Systems, J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry, Czech Academy of Sciences, Dolejškova 2155/3, 182 23 Prague 8, Czech Republic.
概括
部分化石墨烯 (PCG) 由于增加了声子散射,其导热率显著降低. 分子动力学模拟显示,当含量更高时,导电率下降高达98%.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 凝聚物质物理学 凝聚物质物理学
- 计算化学计算化学
背景情况:
- 石墨烯具有出色的热性能,使其对热管理应用具有吸引力.
- 化是一种常见的功能化石墨烯的方法,可能会改变其性能.
- 了解功能化石墨烯的热传输对于设计先进材料至关重要.
研究的目的:
- 为了研究部分化对石墨烯热传输特性的影响.
- 开发和验证用于模拟化石墨烯的混合力场 (h-FF).
- 量化导热率的减少作为含量的函数.
主要方法:
- 分子动力学 (MD) 模拟利用一种新的混合力场 (h-FF).
- 在h-FF中包含了特索夫,莫尔斯和伦纳德-斯电位,与原子电荷平衡.
- 密度函数理论 (DFT) 用于h-FF校准,重点关注结合能量和键长.
主要成果:
- 部分化石墨烯 (PCG) 板被发现在300K时热稳定,含量高达25%.
- 模拟显示PCG中由于增强的声子散射,光学声子模式平坦化和声学模式下移.
- 随着含量的增加,热导率显著下降,在1%Cl下下降了70%左右,在25%Cl下下降了98%左右.
结论:
- 开发的h-FF准确地预测了化石墨烯的热行为.
- 部分化极大降低了石墨烯的导热能力,为调整热性能提供了一条途径.
- 这些发现为设计特定热管理应用的石墨烯基材料提供了关键的见解.
