半随机多晶石墨烯中具粒度梯度分布的热整流行为由竞争机制主导
摘要
热整流器是在相反热流方向上具有不同热导率的器件。实用热整流器的实现很大程度上依赖于对非对称热输运潜在机制的透彻理解，而二维材料因其简单结构以及大量可调缺陷的可能性，在这方面提供了广阔机遇。然而，具有晶粒尺寸方向梯度的石墨烯等二维材料中的面内热整流机制仍不清楚。事实上，理解多晶石墨烯（比大规模单晶石墨烯更易于合成）中的热输运机制，原则上可能提供一种独特机会，将其与其他缺陷和设计结合以有效优化热整流。本工作中，我们研究了多晶石墨烯周期原子模型中的热整流行为，其晶粒排列以半随机方式生成，沿面内热流方向具有不同梯度晶粒密度分布。我们采用质心Voronoi剖分技术生成石墨烯的真实晶界结构，并使用非平衡分子动力学模拟方法计算热导率和整流值。此外，基于涨落-耗散理论详细分析了声子特征与传播声子空间能量密度，以阐明两个潜在机制之间的竞争相互作用，即（1）传播声子耦合与（2）热导率的温度依赖性，它们决定了梯度多晶石墨烯中非对称热流的程度。
引用
@article{arxiv.2307.12940,
title = {Competing mechanisms govern the thermal rectification behavior in semi-stochastic polycrystalline graphene with graded grain-size distribution},
author = {Simanta Lahkar and Raghavan Ranganathan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.12940},
year = {2023}
}
备注
This is an early draft. The final paper has been published in the journal 'Carbon'. Link to the published version that includes a new figure on the relative interaction strength of the two mechanisms in graded poly-graphene, as well as other revised text and figures/data: https://authors.elsevier.com/a/1iCb%7E1zUAW0L5 (can be accessed free of cost using this link until January 24, 2024)