나노물질
산업 제조
5-5-8원 고리를 가진 두 개의 새로운 2D 탄소 동소체의 열적 특성은 분자 역학 시뮬레이션을 사용하여 탐구됩니다. 우리의 결과는 열전도도가 크기가 증가함에 따라 단조롭게 증가한다는 것을 보여줍니다. 무한 크기의 열전도율은 역길이와 역열전도율의 선형 관계에 의해 얻어진다. 역비평형 분자 역학 방법의 외삽법으로 얻은 수렴 열전도도는 평형 분자 역학 방법의 열전도율과 합리하게 일치하는 것으로 나타났습니다. 그래핀에 비해 훨씬 낮은 열전도율은 낮은 포논 그룹 속도와 포논 평균 자유 경로에 기인합니다. 열전도율에 대한 온도 및 변형률 효과도 조사합니다. 열전도율은 온도가 증가함에 따라 감소하며 넓은 범위에서 변형 공학을 통해 조정할 수도 있습니다. TC에 대한 변형의 영향은 포논 진동의 스펙트럼 분석으로 잘 설명됩니다. 이 연구는 서로 다른 조건에서 두 탄소 동소체의 열적 특성에 대한 물리적 통찰력을 제공하고 새로운 2차원 탄소 동소체 관련 장치의 적용을 위한 설계 지침을 제공합니다.
다이아몬드[1], 탄소나노튜브[2,3,4,5], 그래핀[6,7,8,9,10,11,12]과 같은 탄소 재료는 우수한 열 수송 특성. 특히 저차원 탄소재료는 열전달에 탁월한 특성을 보인다. 1차원 물질로서 단일 탄소나노튜브의 높은 열전도율(TC)은 실험[2, 3]과 이론적인 연구[4, 5]를 통해 관찰되었다. 또한, 단일 원자 두께의 평면 2차원(2D) 탄소 재료로서 그래핀은 높은 TC로 인해 차세대 열전도성 강화 복합 재료를 위한 혁신적인 재료로 간주됩니다[6,7,8,9,10 ,11,12]. 또한 그래핀의 TC는 그래핀의 40%에 달할 수 있으며 열 관리에 잠재적으로 응용할 수 있다고 보고되었습니다[13,14,15].
이러한 탄소 동소체의 매혹적인 특성에 영감을 받아 연구자들은 최근 몇 년 동안 탄소 동소체와 그 파생물을 연구하기 위해 집중적인 노력을 기울였습니다. sp 2 와 같은 새로운 2D 탄소 동소체를 조사하기 위해 실험적 및 이론적 접근이 채택되었습니다. - 5, 6, 7원 고리가 있는 탄소층과 유사합니다[16]. 4원 고리를 가진 2D 비정질 탄소[17]; 평면 탄소 펜타헵타이트[18]; 패턴 결함이 있는 2D 탄소 반도체[19]; 여러 2D 평면 탄소 네트워크 [20]; 옥타그래핀[21]; T-그래핀[22]; 및 H-net[23]. 이러한 2D 탄소 동소체의 고유한 특성을 식별하는 것은 전자, 광자 및 열 분야에서 나노 물질의 미래 세대에 중요합니다[16,17,18,19,20,21,22,23].
2D 탄소 동소체의 새로운 구조를 탐구하는 데 관심이 커지면서 Su et al. [24]는 첫 번째 원리 계산을 통해 팔각형과 오각형으로 구성된 두 가지 새로운 에너지 경쟁적이고 동역학적으로 안정적인 2D 탄소 동소체를 제안했습니다. 이 두 탄소 시트의 운동 안정성은 포논 분산 곡선을 계산하여 확인되었습니다. 이 두 탄소 동소체의 구조가 직선 경로와 지그재그 경로를 따라 5-58원 고리(558) 리본을 복사하는 것으로 볼 수 있기 때문에 이 두 탄소 동소체를 팔각형 및 오각형 그래핀-라인(OPG-L) 및 팔각형 및 오각형 그래핀-지그재그(OPG-Z). 이 두 탄소 동소체의 형성 에너지는 각각 0.31 eV/원자와 0.34 eV/원자입니다. 이 값은 이전에 합성된 그래핀의 형성 에너지, 즉 0.76eV/원자보다 훨씬 낮습니다[25]. OPG-Z는 전자 장치에 잠재적으로 응용할 수 있는 전자 구조의 현저한 이방성을 가지고 있습니다[24]. 결과적으로, OPG-L 및 OPG-Z의 전자 응용 프로그램의 요구 사항을 충족하려면 두 가지 새로운 구조의 열 소산 특성을 연구하는 것이 불가피하고 필요합니다. 지금까지 이 두 구조의 열적 특성은 아직 명확하지 않습니다.
이 작업에서 우리는 분자 역학 시뮬레이션을 사용하여 두 가지 새로운 2D 탄소 동소체의 열적 특성을 조사합니다. TC에 대한 크기, 변형 및 온도 효과를 조사합니다. 결과는 포논의 상태의 진동 밀도(VDOS)를 계산하여 분석됩니다. 이 두 탄소 동소체의 열적 특성에 대한 우리의 연구는 열 관리 장치에서의 잠재적 응용을 나타냅니다.
OPG-L(그림 1a)과 OPG-Z(그림 1b)의 구조는 팔각형과 오각형으로 구성된 대표적인 세포를 포함한다[24]. 구조의 모서리 유형을 구별하기 위해 그래핀과 마찬가지로 안락의자와 지그재그의 키랄성을 정의합니다(그림 1 참조). 이 두 구조는 녹색 행을 따라 병진 대칭을 사용하여 빨간색 원자로 표시된 대표적인 558 리본에 의해 형성될 수 있습니다.
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a의 도식 모델 OPG-L 및 b OPG-Z. 검은색 점선 프레임은 OPG-L 및 OPG-Z의 직교 단위 셀이며, 여기서 OA 및 OB는 격자 벡터입니다. OPG-L의 기본 셀은 파란색 점선 프레임으로 표시되고 OPG-Z의 기본 셀은 수정 셀과 동일합니다.
모든 MD 시뮬레이션은 대규모 원자/분자 대량 병렬 시뮬레이터(LAMMPS) 패키지를 사용하여 수행됩니다[26]. 우리는 Lindsay와 Broido[27]에 의해 최적화된 Tersoff 전위를 탄소 원자 사이의 상호 작용을 설명하기 위해 약간의 수정, 즉 수정된 최적화된 Tersoff 전위와 함께 사용합니다. Lindsay와 Brodio는 원래의 Tersoff 전위[28]와 비교하여 두 가지 매개변수를 최적화했습니다. 하나는 평형 결합 각도에 대한 것이고 다른 하나는 매력적인 상호 작용 강도에 대한 것입니다. 이 최적화된 Tersoff 전위[27]에 따르면 그래핀의 평형 결합 길이는 1.4388 Å로 실험값 1.42 Å보다 큽니다[29]. Tersoff 전위의 유일한 길이 관련 매개변수는 λ이기 때문입니다. 1 반발 기능에서 (f R =A 특급(-λ 1 r )) 및 λ 2 매력적인 기능(f A =나 exp(-λ 2 r )), 이 두 매개변수에 1.4388/1.42를 곱하여 올바른 결합 길이를 얻을 수 있습니다. 즉, λ를 변경합니다. 1 3.4879부터 Å −1 ~ 3.5333 Å −1 λ 변경 2 2.2119부터 Å −1 ~ 2.2407 Å − 1 . 이러한 수정은 전체적 방식으로 잠재력의 길이 척도만 변경합니다. 이 수정된 최적화된 Tersoff 전위를 기반으로 하는 MD 시뮬레이션의 해당 평형 격자 매개변수는 다음과 같습니다. OPG-L에서 OA =3.63 Å, OB =9.38 Å 및 OPG-L에서 OA =6.78 Å, OB =5.04 Å입니다. Su et al.의 이전 연구와 잘 일치합니다. [24], 즉, OPG-L에서 OA =3.68 Å, OB =9.12 Å 및 OPG-Z에서 OA =6.90 Å, OB =4.87 Å입니다.
역 비평형 분자 역학(rNEMD) [30] 시뮬레이션을 수행하여 TC를 계산합니다. 주기적 경계 조건은 x 및 y 차원에서 채택됩니다. OPG-L 및 OPG-Z의 구조는 초기에 Polak-Ribiered 버전의 Conjugated Gradient Algorithm[31]을 통해 최적화되었으며 0.25ns Nosé-Hoover Thermal bath[32, 33]는 나중에 시스템이 300K의 평형 상태(0.25fs의 시간 간격 사용) 평형 상태에 도달한 후, 모델은 열 전달 방향을 따라 50개의 슬래브로 분할됩니다. 그림 2a와 같이 첫 번째 슬래브는 방열판으로 할당되고 26번째 슬래브(시료의 중간 슬래브)는 열원으로 지정되고 열유속은 열원(고온 영역)에서 방열판( 추운 지역). 열유속 전달 방향은 길이 방향(L)으로 정의되고 가로 방향은 폭(W) 방향으로 정의됩니다. 열유속 J는 히트 싱크 슬래브에서 가장 높은 운동 에너지를 갖는 가장 뜨거운 원자와 열원에서 가장 낮은 운동 에너지를 갖는 가장 차가운 원자 사이의 운동 에너지를 교환하여 이 두 슬래브 사이에서 방출/주입됩니다. 투수판. 열유속 J는 다음 방정식에 따라 방열판과 열원 슬래브 사이의 운동 에너지 교환량을 계산하여 얻을 수 있습니다.
$$ J\kern0.5em =\kern0.5em \frac{\sum_{\mathrm{Nswap}}\frac{1}{2}\left({mv}_h^2-{mv}_c^2\right )}{t_{\mathrm{swap}}}, $$ (1)
아 rNEMD 방법의 개략도. 열유속은 열원(고온 영역)에서 방열판(저온 영역)으로 전달됩니다. 열유속 전달 방향은 길이 방향(L)으로 정의되고 가로 방향은 폭(W) 방향으로 정의됩니다. ㄴ 슬래브의 함수로서의 평균 온도 분포
여기서 t 교체 운동 에너지를 교환하는 총 시간, N 교체 교환 원자 쌍의 양을 나타냅니다. m 는 원자의 질량이고 v 어 및 v ㄷ 원자 교환 속도를 각각 나타냅니다(방열판 슬래브에서 가장 높은 운동 에너지를 갖는 가장 뜨거운 원자 및 열원 슬래브에서 가장 낮은 운동 에너지를 갖는 가장 차가운 원자). 시스템이 비평형 정상 상태(1.5ns 이후)에 도달할 때 온도 분포를 얻기 위해 각 슬래브의 온도를 수집하고 3.0ns 이상 평균화합니다. TC 값(κ )는 다음과 같이 푸리에의 법칙을 사용하여 계산됩니다.
$$ \kappa =\frac{J}{2A\partial T/\partial L}, $$ (2)여기서 A 열 전달의 단면적(A 모델의 너비와 두께를 곱하여 구함), ∂T /∂L 시스템이 비평형 정상 상태에 도달한 후의 온도 구배를 나타냅니다(그림 2b 참조). 인자 2는 열유속이 열원에서 멀어지는 두 방향으로 이동한다는 사실을 나타냅니다. 모델의 두께는 그래핀의 층간 평형 간격(0.34nm)으로 가정됩니다[8, 10, 34, 35].
먼저 두 탄소 동소체의 TC에 대한 시스템 크기 효과를 조사합니다. 시뮬레이션 샘플은 3nm의 동일한 너비로 생성되지만 길이는 50~1000nm로 다양합니다. 이 작업에서 언급된 샘플 길이의 모든 값은 유효 길이(L 효과 ) 열전달. 즉, 유효 샘플 길이는 샘플 길이(L ), 즉 L 효과 =L /2, 이는 rNEMD 방법에서 샘플의 중간(열원)에서 양 끝(방열판)으로 열유속이 전달되기 때문입니다. 특히, 50nm의 고정된 길이와 3nm, 6nm, 9nm, 12nm의 다른 너비를 가진 샘플의 열전도율을 계산하여 TC가 샘플 너비에 의존하지 않음을 확인했습니다. 그림 3. OPG-L의 지그재그 방향과 안락의자 방향의 TC를 κ로 명명 OPG-LZ 및 κ OPG-LA , 각각. 마찬가지로 κ OPG-ZZ 및 κ OPG-ZA 지그재그와 안락의자 방향을 따라 OPG-Z의 TC를 나타내는 데 사용됩니다. 시뮬레이션 결과에 따르면 두 키랄 방향에서 OPG-L 및 OPG-Z의 TC는 샘플 길이가 50에서 1000nm까지 다양할 때 단조롭게 증가합니다. 긴 샘플에서 더 긴 파장의 음향 포논이 열 전달에 관여하기 때문입니다[9, 36]. 각각 50nm 및 1000nm 길이의 OPG-L 및 OPG-Z 지그재그 방향의 TC는 κ입니다. OPG-LZ50 =125 W/mK, κ OPG-LZ1000 =296 W/mK, κ OPG-ZZ50 =94 W/mK 및 κ OPG-ZZ1000 =236W/mK. 안락의자 방향을 따라 OPG-L과 OPG-Z의 TC는 κ입니다. OPG-LA50 =105 W/mK, κ OPG-LA1000 =316 W/mK, κ OPG-ZA50 =93 W/mK 및 κ OPG-ZA1000 =214 W/mK.
<그림>
너비의 함수로서의 OPG-L 및 OPG-Z의 TC
무한히 긴 샘플의 TC를 추출하기 위해 역 피팅 절차가 사용됩니다. 역 길이와 역 TC의 관계는 [37,38,39]로 표현됩니다.
$$ {\kappa}^{-1}=\kappa {}_{\infty }{}^{-1}\left(\frac{2l}{L_{eff}}+1\right), $$ (삼)여기서 κ ∞ 무한 샘플의 외삽 TC, l 포논은 자유 경로를 의미하고 L 효과 열전달의 유효 길이입니다. 식 (3)은 역 길이와 역 TC 사이의 관계가 선형이어야 함을 시사합니다. 그림 4와 같이 역길이와 역 TC 사이의 선형 관계가 관찰됩니다. L −1 로 외삽하여 =0, 무한 샘플의 TC, 즉, κ OPG-LZ =310 W/mK, κ OPG-LA =332 W/mK, κ OPG-ZZ =247 W/mK 및 κ OPG-ZA =228 W/mK를 얻습니다.
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a의 역 TC OPG-L 및 b 300K에서 샘플의 역 길이의 함수로서의 OPG-Z. 열린 파란색 다이아몬드와 빨간색 점은 각각 지그재그 및 안락의자 방향을 따라 TC를 나타냅니다.
또한 동일한 길이와 너비가 20nm인 샘플을 설정하여 평형 분자 역학(EMD) 방법에서 실행 중인 TC를 표현합니다(이 시뮬레이션 샘플 크기는 유한 크기 효과를 제거할 수 있을 만큼 충분히 크게 테스트되었습니다). . Fan et al.의 작업에 따르면 [39, 40], EMD 방법의 TC 계산은 Green-Kubo 공식 [41, 42]을 기반으로 하며 x 방향을 따라 진행 중인 TC는 다음과 같이 표현될 수 있습니다.
$$ {\kappa}_{xx}(t)=\frac{1}{\kappa_B{T}^2V}{\int}_0^t\left\langle {J}_x(0){J}_x \left({t}^{\hbox{'}}\right)\right\rangle {dt}^{\hbox{'}}, $$ (4)여기서 κ 나 는 볼츠만 상수, V 시스템의 볼륨, T 시스템의 절대 온도, 〈J x (0)J x (그 ' )> 열유속 자기상관 함수, t 는 상관 시간이고 J x x 방향의 열유속입니다. 기호 〈〉는 EMD 시뮬레이션에서 시간 평균을 나타냅니다. 최대 상관 시간은 2ns이며 충분히 큰 것으로 테스트되었습니다. 그림 5에서 볼 수 있듯이 300K에서 두 개의 키랄 방향에서 OPG-L 및 OPG-Z에 대한 실행 TC는 초기 속도가 다른 100개의 독립적인 시뮬레이션 결과를 평균화하여 표현됩니다. 1.0~2.0ns의 상관 시간에서 실행 중인 TC를 평균화하여 무한 샘플의 TC를 추가로 얻을 수 있습니다. 즉, OPG-LZ, OPG-LA, OPG-ZZ, OPG-ZA의 수렴 TC는 각각 313 W/mK, 344 W/mK, 261 W/mK, 233 W/mK이며, rNEMD 방법의 외삽에 의한 결과와의 합당한 일치.
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a의 TC 진화 OPG-LZ, b OPG-LA, c OPG-ZZ 및 d 상관 시간의 함수로서 300K의 OPG-ZA 가는 선은 100개의 독립적인 시뮬레이션 결과를 나타내고 굵은 실선과 점선은 평균 및 오차 범위를 나타냅니다. 카 ∞ 는 1.0~2.0ns의 상관 시간에서 실행 중인 TC를 평균하여 얻은 무한 샘플의 TC입니다.
이 두 탄소 동소체의 TC는 그래핀(3000–5000 W/mK)보다 훨씬 낮은 것으로 나타났습니다[7, 43]. 이 현상을 설명하고 물리적 통찰력을 탐색하기 위해 세 가지 중요한 매개변수, 즉 C를 계산합니다. v , v g , 및 나 , 고전적인 격자 열전달 방정식을 기반으로 합니다.
$$ \kappa =\frac{1}{3}{C}_v{v}_gl, $$ (5)여기서 Cv 열용량, vg 는 유효 포논 그룹 속도이고 l은 포논 평균 자유 경로입니다.
길이와 너비가 모두 20nm인 샘플을 사용하여 300K에서 열용량을 조사했습니다. 열용량은 평형 접근 방식 분자 역학에 사용된 McGaughey와 Kaviany[44]의 접근 방식에 따라 계산됩니다. 시뮬레이션 [45]. 총 에너지 E를 계산합니다. T의 온도에서 =290 K, 295 K, 300 K, 305 K, 310 K 표준 앙상블에서 결과는 서로 다른 초기 속도로 10개의 독립적인 시뮬레이션에서 60ps 이상 평균입니다. 그림 6과 같이 에너지-온도 곡선의 선형 피팅의 기울기는 열용량입니다.
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a의 온도에 따른 에너지 변화 OPG-L 및 b OPG-Z. 에너지-온도 곡선의 기울기는 열용량을 나타냅니다. 해당 열용량은 원자당 각각 4.163 E-23 J/K 및 4.126 E-23 J/K입니다.
여기서 계산하는 포논 그룹 속도는 유효 포논 그룹 속도 v입니다. g 평균 포논 그룹 속도보다 v . 그림 7과 같이 rNEMD와 EMD 시뮬레이션 결과를 비교하여 효과적인 포논군 속도를 얻을 수 있다. 즉, 유효 시스템 길이 L 효과 상관 시간 t의 상한을 곱하여 EMD 방법으로 정의할 수 있습니다. Green-Kubo 공식 Eq. (4) 유효 포논 그룹 속도 v g , L 효과 ≈ v g 그 . 실행 중인 TC κ (그 ) EMD 방법의 시스템 길이 κ의 함수로 간주될 수도 있습니다. (엘 효과 ). 평균 포논 그룹 속도와 비교하여 유효 포논 그룹 속도는 대략적인 추정치이나 저차원 격자 모델에서 열전달 연구에 광범위하게 사용되었으며[46] 그래핀[40] 및 동소체에도 사용되었습니다. 시 [39].
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a의 TC OPG-LZ, b OPG-LA, c OPG-ZZ 및 (d ) EMD 및 rNEMD 시뮬레이션에서 유효 샘플 길이의 함수로서의 OPG-ZA. 유효 포논 그룹 속도 V g EMD와 rNEMD 시뮬레이션을 결합하여 얻습니다.
식을 기반으로 합니다. (3), 포논 평균 자유 경로는 rNEMD 방법의 외삽에 의해 얻을 수 있습니다. 이 두 탄소 동소체의 TC와 그래핀의 TC를 비교하기 위해 그래핀의 이 세 가지 매개변수도 제시합니다. 그래핀의 열용량은 위의 방법을 통해 계산되지만 다른 연구에서는 유효 포논 그룹 속도와 포논 평균 자유 경로를 구한다[7, 40]. 이 두 탄소 동소체의 열용량은 그래핀의 열용량에 가깝다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 유효 포논 그룹 속도와 포논 평균 자유 경로는 그래핀보다 훨씬 낮기 때문에 두 재료의 TC가 더 낮습니다(표 1 참조).
또한 그림 8과 같이 온도에 대한 TC의 의존성을 조사합니다. 200K에서 300K의 온도 영역이 우리가 집중하는 주요 범위입니다. 시뮬레이션 샘플은 3nm의 너비와 50nm, 75nm, 100nm, 150nm, 200nm의 다른 길이로 생성됩니다. 그림 8a, b에서 볼 수 있듯이 다양한 온도에서 OPG-LZ 및 OPG-LA의 역 TC를 역 샘플 길이의 함수로 제공합니다. 300K에서 크기 효과의 외삽과 유사하게 외삽 절차를 수행하여 다양한 온도에서 무한 샘플의 열전도도를 추출합니다. 그림 8c, d에서 볼 수 있듯이 모든 수렴 열전도율은 300K에서 TC에 의해 정규화됩니다(κ 0 ).
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a의 역 TC OPG-LZ, b 역 샘플 길이의 함수로서 다양한 온도에서의 OPG-LA 및 상대 TC(κ /카 0 ) / c OPG-L 및 d 온도의 함수로서의 OPG-Z. 카 0 는 300K에서의 TC로, κ의 경우 310W/mK, 332W/mK, 247W/mK, 227W/mK입니다. OPG-LZ , κ OPG-LA , κ OPG-ZZ , 및 κ OPG-ZA , 각각
그림 8은 지그재그 방향과 안락의자 방향 모두를 따라 OPG-L과 OPG-Z 모두 온도가 증가함에 따라 TC가 감소함을 나타냅니다. 온도에 따라 변하는 TC의 경향(200에서 500K)은 그래핀에 대한 이전의 TC 연구의 경향과 잘 일치합니다[8, 36, 47]. 이 현상은 열 전달에서 중요한 역할을 하는 Umklapp 산란 과정의 향상에서 파생됩니다[8, 36, 47]. 또한 온도가 300K에서 500K로 변할 때 κ OPG-LZ , κ OPG-LA , κ OPG-ZZ , 및 κ OPG-ZA 각각 42%, 40%, 36%, 37% 감소합니다. 온도에 대한 이 두 탄소 동소체의 TC 의존성은 실제 적용을 위해 온도 효과를 고려할 필요가 있음을 보여줍니다.
그래핀[48, 49], 실리센[34, 50, 51] 및 포스포렌[37]과 같은 2차원 재료의 열적 특성은 변형 공학에 민감합니다. 작은 크기의 그래핀의 TC는 인장 변형률이 증가함에 따라 감소하는 것으로 보고되었으며[48], 샘플이 500μm보다 크면 변형률이 증가하여 TC도 향상될 수 있다고 보고되었습니다[49]. 샘플 크기와 변형률에 대한 TC의 비정상적인 의존성은 경계 산란과 포논-포논 산란 사이의 경쟁에 기인합니다. 또한 silicene의 TC는 in-plane 모드에서 포논 연화와 out-of-plane 모드에서 포논 강성 사이의 경쟁으로 인해 작은 인장 변형률에서 증가하지만 큰 변형률에서 감소하는 것으로 나타났습니다[34, 50, 51]. 따라서 OPG-L 및 OPG-Z 구조 모두에 대해 TC 거동과 인장 변형률 간의 관계를 조사하는 것이 중요하고 필요합니다.
우리는 먼저 이 두 탄소 동소체의 기계적 특성을 조사합니다. 샘플 크기는 길이가 약 5nm이고 너비가 5nm입니다. 잘못된 높은 결합력과 비물리적 변형 경화[52, 53]를 피하기 위해 차단 거리는 (R =S =1.95 Å). 수정된 최적화된 Tersoff 전위의 이 차단 거리는 또한 C-C 결합을 시뮬레이션하는 데 사용되는 이전 Tersoff 전위(1.8–2.1Å)[28, 53,54,55]와 일치합니다. 모든 시뮬레이션은 구조의 원자 구성을 최소 위치 에너지 상태로 완화하여 시작됩니다. 단축 인장 변형률은 변형률 0.0002ps −1 로 적용됩니다. . 그래핀의 층간 평형 간격(3.4Å)은 두 구조의 층간 평형 거리를 나타내는 데 사용된다는 점에 유의해야 합니다. 이 두 탄소 동소체의 기계적 특성은 그래핀과 그래핀을 비교하여 표 2에 나열되어 있습니다[56]. z의 위 첨자 특성 그리고 a 각각 지그재그와 안락의자 시트를 나타냅니다.
Table 2에서 OPG-L과 OPG-Z의 Young's modulus는 지그재그 방향으로 각각 538GPa, 492GPa, 안락의자 방향을 따라 648GPa, 550GPa임을 알 수 있다. OPG-L 및 OPG-Z의 Young's modulus가 graphyne의 Young's modulus에 가깝다는 것을 나타냅니다(503.1 z 및 525.0 a ) 그러나 그래핀보다 낮음(856.4 z ) 및 964.0 a ). 지그재그와 안락의자 방향을 따른 두 탄소 동소체의 응력-변형률 관계는 그림 9에 나와 있습니다. 이 두 탄소 동소체의 파괴 거동에 따라 이 두 탄소 동소체의 극한 변형률(장력)을 추가로 얻습니다. 지그재그 방향을 따라 각각 OPG-L과 OPG-Z의 극한 변형률(장력)은 17.2%와 10.9%이고, 안락의자 방향을 따라 극한 변형률(장력)은 8.7%와 7.9%이다. 우리는 OPG-L의 구조가 지그재그 방향의 인장 변형에서 더 높은 강도를 갖는다는 것을 발견했습니다. 그러나 그래핀과 그래핀에 비해 두 탄소 동소체의 극한 변형률(장력)은 더 낮습니다.
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지그재그와 안락의자 방향을 따라 두 탄소 동소체의 응력-변형률 관계
그런 다음 열 전달 방향을 따라 단축 인장 변형을 적용하여 이 두 탄소 동소체의 TC에 대한 변형 효과를 연구합니다. 시뮬레이션 샘플의 너비는 3nm와 같지만 길이는 각각 50nm, 75nm, 100nm, 150nm, 200nm입니다. 다양한 변형률에서 무한 샘플의 열전도도는 외삽 절차를 수행하여 추출됩니다(그림 10a, b 참조). 그림 10c, d에서 볼 수 있듯이 모든 수렴 열전도율은 300K에서 응력이 없는 TC(κ 0 ), 상대 TC(κ /카 0 ) 다양한 단축 변형의 함수로 두 탄소 동소체의. 그림 10은 OPG-L과 OPG-Z의 TC가 인장 변형률이 증가함에 따라 단조롭게 감소한다는 것을 분명히 보여줍니다. 이는 그래핀[34, 48]에 대한 이전 연구와 일치하지만 실리센[34, 50, 51]과 뚜렷한 대조를 이룹니다. 포스포렌 [37]. 그림 10과 같이 κ의 최대 감소는 OPG-LZ , κ OPG-LA , 및 κ OPG-ZZ , κ OPG-ZA 각각 49%, 44%, 37%, 31%입니다. 특히, OPG-L의 지그재그 방향의 TC는 넓은 범위의 변형률을 통해 조정할 수 있습니다.
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a의 역 TC OPG-LZ, b 역 샘플 길이의 함수로서의 다양한 단축 변형에서의 OPG-LA 및 상대 TC(κ /카 0 ) / c OPG-L 및 d 변형률의 함수로서의 OPG-Z. 카 0 는 300K에서 스트레스 없는 TC로, κ의 경우 310W/mK, 332W/mK, 247W/mK, 227W/mK입니다. OPG-LZ , κ OPG-LA , κ OPG-ZZ , 및 κ OPG-ZA , 각각
OPG-L 및 OPG-Z의 열전달 특성에 대한 변형률 효과를 추가로 설명하기 위해 일반적인 변형률에서 OPG-LZ 포논의 VDOS를 계산합니다. VDOS는 원자 속도의 자기상관 함수의 푸리에 변환에 의해 계산됩니다. 함수는 다음과 같이 정의됩니다.
$$ P\left(\omega \right)=\frac{1}{\sqrt{2\pi }}\underset{0}{\overset{\infty }{\int }}{e}^{i\ 오메가 t}\left\langle \sum \limits_{j=1}^N{v}_j(t){v}_j(0)\right\rangle dt, $$ (6)그림 11과 같이 면내 및 면외 방향의 포논 연화(적색편이)가 관찰됩니다. 이 현상은 인장 변형 하에서 그래핀에 대한 이전 연구와 잘 일치합니다[34, 48]. 특히, 면외 방향의 VDOS와 비교하여 면내 방향의 포논 연화는 분명합니다. 이는 OPG-L 및 OPG-Z의 TC 감소가 주로 면내 방향에서 변형 유도 포논 연화에 기인함을 나타냅니다.
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기내 a 그리고 면외 b OPG-L의 VDOS 대 지그재그 방향을 따른 단축 인장 변형률
요약하면, 팔각형과 오각형으로 구성된 두 개의 새로운 2D 탄소 동소체의 열적 특성을 조사하기 위해 EMD 및 rNEMD 시뮬레이션이 모두 수행되었습니다. TC에 대한 크기, 온도 및 변형률 효과를 얻습니다. 우리의 결과는 TC가 크기가 증가함에 따라 단조롭게 증가한다는 것을 보여줍니다. 무한 크기의 열전도율은 역 길이와 역 TC의 선형 관계에 의해 얻어집니다. 역비평형 분자 역학 방법의 외삽법으로 얻은 수렴 TC는 평형 분자 역학 방법과 합당한 일치를 보이는 것으로 나타났습니다. 그래핀에 비해 훨씬 낮은 TC는 낮은 포논 그룹 속도와 포논 평균 자유 경로에 기인합니다. 우리의 연구 결과는 OPG-L 및 OPG-Z의 열 전달 특성에 대한 크기, 온도 및 변형의 영향에 대한 중요한 통찰력을 제공하고 마이크로/나노전자 분야의 열 관리 장치에 잠재적인 응용 프로그램을 나타냅니다.
5-5-8-멤버 링
Octagon and pentagon graphene-line
Octagon and pentagon graphene-zigzag
Reverse non-equilibrium molecular dynamics
Thermal conductivity
Vibrational density of states
나노물질
초록 나노 절단 공정 중에 단결정 갈륨 비소는 제품의 성능에 큰 영향을 미치는 다양한 표면/표면 아래 변형 및 손상에 직면합니다. 이 논문에서는 표면 및 표면 아래 변형 메커니즘을 조사하기 위해 갈륨 비소에 대한 나노 절단의 분자 역학 시뮬레이션을 수행했습니다. 전위는 가공된 지하 표면에서 발견됩니다. 상 변형 및 비정질화는 배위수를 통해 연구됩니다. 결과는 절단 프로세스 동안 조정 번호가 5인 중간 단계의 존재를 나타냅니다. 전위에 대한 영향을 조사하기 위해 절단 속도가 다른 모델이 설정되었습니다. 전위 유형 및 밀도에 대한 결
이 기사에서는 강철의 분류에 대해 이야기할 것입니다. 강철의 다른 유형 다른 기준으로 정의됩니다. 또한 강철의 구성요소에 대해서도 알아보겠습니다. , 스테인리스 스틸에 포함된 것 그리고 더 많은. 분류에 대해 알아보겠습니다. 강의 분류 IS에 따름:7598-1974 철강은 다음과 같이 분류되어야 합니다. 1. 일반적으로 일반 탄소강이라고 하는 비합금강 및 2. 합금강 비합금강 또는 일반 탄소강 일반 탄소강의 특성에 영향을 미치는 주요 요인 탄소 함량과 미세 구조입니다. 탄소는 많은 성능 특성의 주요 결정 요인입니다