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金属纳米颗粒的热导率

黄丛亮 冯妍卉 张欣欣 李静 王戈 侴爱辉

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金属纳米颗粒的热导率

黄丛亮, 冯妍卉, 张欣欣, 李静, 王戈, 侴爱辉

Thermal conductivity of metallic nanoparticle

Huang Cong-Liang, Feng Yan-Hui, Zhang Xin-Xin, Li Jing, Wang Ge, Chou Ai-Hui
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  • 本文使用统计模拟方法对金属纳米颗粒的电子平均自由程进行了计算, 并考察了纳米颗粒的晶格比热和声子平均群速度, 最后应用动力学理论对纳米颗粒的电子热导率和声子热导率分别进行了求解. 研究结果表明: 具有相同特征尺寸的方形、球形纳米颗粒的无量纲电子(或声子)平均自由程比较接近. 金属纳米颗粒的电子热导率远大于声子热导率; 电子、声子热导率随着直径减小呈现降低趋势, 而电子热导率的颗粒尺度依赖性比声子热导率更为明显; 随着颗粒直径进一步减小, 声子热导率与电子热导率趋于同一数量级. 当纳米颗粒特征尺寸大于4倍块材电子(或声子)平均自由程, 其电子(或声子)热导率的颗粒尺度依赖性将减弱.
    Concerning metallic nanoparticles, a statistical simulation method to predict the electron mean free path of a nanoparticleis developed. And the phonon-contributed specific heat and phonon group velocity are also analyzed. Then, the kinetic theory is used to obtain the electron thermal conductivity and the lattice thermal conductivity of the nanoparticles. The size dependence of these properties is further discussed. It turns out that the electron mean free path of a square nanoparticle approximates to that of a circle nanoparticle if nanoparticles are of the same characteristic length. The electron thermal conductivity is much higher than the lattice thermal conductivity on the nanoscale. Either electron or lattice thermal conductivity of nanoparticles declines with diameter decreasing, while the size dependence of electron thermal conductivity is more obvious. However, if the diameter decreases to quite a small size, the electron thermal conductivity will become as low as the lattice thermal conductivity. In addition, the electron/lattice thermal conductivity of a nanoparticle will become less size-dependent if its characteristic length is 4 times larger than corresponding bulk electron/phonon mean free path.
    • 基金项目: 获国家自然科学基金重点项目(批准号: 50836001)和霍英东教育基金会资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50836001), and the FOK Ying Tong Education Foundation.
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-06-11
  • 修回日期:  2012-08-14
  • 刊出日期:  2013-01-05

金属纳米颗粒的热导率

  • 1. 北京科技大学机械工程学院, 北京100083;
  • 2. 北京科技大学材料学院, 北京100083
    基金项目: 获国家自然科学基金重点项目(批准号: 50836001)和霍英东教育基金会资助的课题.

摘要: 本文使用统计模拟方法对金属纳米颗粒的电子平均自由程进行了计算, 并考察了纳米颗粒的晶格比热和声子平均群速度, 最后应用动力学理论对纳米颗粒的电子热导率和声子热导率分别进行了求解. 研究结果表明: 具有相同特征尺寸的方形、球形纳米颗粒的无量纲电子(或声子)平均自由程比较接近. 金属纳米颗粒的电子热导率远大于声子热导率; 电子、声子热导率随着直径减小呈现降低趋势, 而电子热导率的颗粒尺度依赖性比声子热导率更为明显; 随着颗粒直径进一步减小, 声子热导率与电子热导率趋于同一数量级. 当纳米颗粒特征尺寸大于4倍块材电子(或声子)平均自由程, 其电子(或声子)热导率的颗粒尺度依赖性将减弱.

English Abstract

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