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碳化硅中点缺陷对热传导性能影响的分子动力学研究

王甫 周毅 高士鑫 段振刚 孙志鹏 汪俊(Jun Wang) 邹 宇 付宝勤(Baoqin Fu)

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碳化硅中点缺陷对热传导性能影响的分子动力学研究

王甫, 周毅, 高士鑫, 段振刚, 孙志鹏, 汪俊(Jun Wang), 邹 宇, 付宝勤(Baoqin Fu)

Effects of point defects on thermal conductivity in cubic silicon carbide: A molecular dynamics study

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出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-03
  • 上网日期:  2021-10-22

碳化硅中点缺陷对热传导性能影响的分子动力学研究

  • 1. 四川大学
  • 2. Sichuan University
  • 3. 四川大学原子核科学技术研究所
    基金项目: 国际级-国家自然科学基金(51501119)

摘要: 碳化硅(SiC)由于其优异性能,已广泛运用于核技术领域。在辐照环境下,载能入射粒子可使材料中的原子偏离晶体格点位置,进而产生空位、间隙原子、错位原子等点缺陷,这些缺陷将改变材料的热物性能,劣化材料的服役性能。因此,本文利用平衡分子动力学方法(Green-Kubo方法)采用Tersoff型势函数研究了点缺陷对立方碳化硅(β-SiC或 3C-SiC)热传导性能的影响规律。研究过程中考虑的点缺陷包括:Si间隙原子(SiI)、Si空位(SiV)、Si错位原子(SiC)、C间隙原子(CI)、C空位(CV)和C错位原子(CSi)。研究结果表明,热导率(λ)随点缺陷浓度(c)的增加而减小。在研究的点缺陷浓度范围(点缺陷与格点的比例范围为0.2%~1.6%),额外热阻率(ΔR=Rdefect-Rperfect,R=1/λ,Rdefect为含缺陷材料的热阻率,Rperfect为不含缺陷材料的热阻率)与点缺陷的浓度呈线性关系,其斜率为热阻率系数。研究表明,空位和间隙原子的热阻率系数高于错位原子的热阻率系数;高温下点缺陷的热阻率系数高于低温下点缺陷的热阻率系数;Si空位和Si间隙原子的热阻率系数高于C空位和C间隙原子的热阻率系数。这些结果有助于预测及调控辐照条件下碳化硅的热传导性能。

English Abstract

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