预测纳米结构材料热导率的普适有效介质理论
材料科学
2021-10-19 v2
摘要
纳米结构材料可实现高热输运可调性，在热管理与热收集应用方面具前景。预测纳米结构化对热导率的影响需要诸如玻尔兹曼输运方程（BTE）等能捕捉声子非扩散输运的模型。尽管BTE已针对若干关键实验（尤其是纳米多孔材料实验）得到充分验证，其适用性计算成本高昂。已有若干有效模型理论被提出以估算有效热导率；然而，多数或基于简单几何（如薄膜），或基于简化材料描述如灰模型近似。为填补此空白，我们提出一种模型，该模型利用单参数逻辑回归，考虑了无限厚薄膜中具挤出孔隙率的完整平均自由程（MFP）分布及材料边界的复杂性。我们针对三种基底材料（GaAs、InAs和Si）含纳米孔隙的全体BTE模拟验证了我们称为“弹道修正模型”（BCM）的方法，获得极佳一致性。尽管我们方法的关键参数（与块体材料几何相关）由BTE获得，它们可解耦并用于任意组合与尺度。我们为若干情形将这些参数列表，从而可探索超出本文所考虑的系统。我们的工作提供了纳米结构中热输运简单而准确的估计，旨在加速热相关应用材料的发现。
引用
@article{arxiv.2105.10613,
title = {Universal Effective Medium Theory to Predict the Thermal Conductivity in Nanostructured Materials},
author = {S. Aria Hosseini and Sarah Khanniche and P. Alex Greaney and Giuseppe Romano},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.10613},
year = {2021}
}