通过插值界面声子透射实现纳米尺度热输运的逆向设计
介观与纳米尺度物理
2022-10-10 v2 材料科学
摘要
我们引入了一种基于密度的拓扑优化方法，用于纳米结构中非傅里叶热输运，该方法基于声子玻尔兹曼输运方程（BTE）的伴随灵敏度分析以及一种新颖的材料插值技术，即“透射插值模型”（TIM）。BTE优化的关键挑战在于处理实空间与动量空间分辨的材料特性之间的相互作用。通过用界面透射系数参数化材料密度，TIM能够恢复硬壁和无界面极限，同时保证空洞与固体区域之间的平滑过渡。我们首先使用我们的方法来定制周期性纳米材料的有效热导率张量；然后，在受约束的扩散输运下最大化经典声子尺寸效应，识别出一种有前景的新型热电材料设计。我们的方法能够系统优化用于热管理和热转换的材料，更广泛地说，能够设计扩散输运不再适用的器件。
引用
@article{arxiv.2202.05251,
title = {Inverse Design in Nanoscale Heat Transport via Interpolating Interfacial Phonon Transmission},
author = {Giuseppe Romano and Steven G. Johnson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.05251},
year = {2022}
}