低维纳米材料热输运性能的分子动力学模拟/董海宽著

定价：69.00元

出版时间：2023.8

ISBN 978-7-5024-9624-1

9787502496241

内容提要

本书系统介绍了低维纳米材料热输运性能的分子动力学模拟方法，及其在一些具有代表性的低维纳米材料中的应用，如碳纳米管、石墨烯、二维材料等。主要内容包括：低维纳米材料热输运性能及相关理论，分子动力学模拟的基础知识，分子动力学模拟热输运方法及应用，几种具有代表性的复杂结构的热输运性能，以及机器学习势在热输运领域的应用。

本书的目标读者包括物理学、化学、材料科学及工程等领域的研究人员和工程师，以及对微纳米尺度传热问题感兴趣的科研人员及高校师生。

目录

1绪论1

1.1低维纳米材料及其优异性能1

1.2低维纳米材料的热输运性能3

1.2.1晶格振动和声子4

1.2.2晶格热导率6

1.3低维纳米材料的热输运模拟7

1.3.1热输运模拟方法7

1.3.2低维纳米材料热输运的MD模拟8

2MD模拟及热导率计算方法11

2.1MD模拟基本理论11

2.1.1初始化12

2.1.2边界条件13

2.1.3系综理论15

2.1.4运动方程的数值积分17

2.2MD模拟基本流程18

2.3相互作用势函数19

2.3.1两体势20

2.3.2多体势20

2.3.3机器学习势21

2.4MD模拟计算热导率方法23

2.4.1EMD模拟方法23

2.4.2NEMD模拟方法24

2.4.3HNEMD模拟方法25

2.5基于GPU加速的高效MD模拟程序26

3热输运EMD模拟方法的应用发展27

3.1EMD模拟计算有限体系热导率的新应用27

3.1.1模拟方法及设置28

3.1.2模拟细节29

3.1.3模拟结果与讨论30

3.2有限体系下来自EMD和NEMD完全等效的热导率模拟36

3.2.1模型与理论方法37

3.2.2势函数训练39

3.2.3模拟结果与讨论40

3.3本章小结43

4晶界、超晶格和具有范德华相互作用复杂结构的传热机理分析44

4.1石墨烯/h-BN异质结构界面的热输运性能44

4.1.1石墨烯/h-BN晶界模型45

4.1.2NEMD模拟设置及细节46

4.1.3光谱分解和量子修正48

4.1.4界面Kapitza热导49

4.1.5热整流效果52

4.2石墨烯晶界超晶格相干热输运性能的研究53

4.2.1晶体相场模型54

4.2.2模拟方法及细节55

4.2.3HNEMD方法的验证56

4.2.4相干和非相干声子输运57

4.2.5沿着晶界方向的声子相干输运61

4.3C60封装CNTs热输运性能的研究63

4.3.1SWCNT和纳米豌豆模型64

4.3.2MD模拟细节64

4.3.3NEMD模拟结果66

4.3.4EMD模拟结果67

4.3.5HNEMD模拟结果69

4.3.6EMD模拟中的一种假象71

4.3.7热导率降低的物理机制73

4.4本章小结76

5基于机器学习势研究二维C—N材料的热输运性能78

5.1机器学习势与模拟方法79

5.1.1NEP机器学习势79

5.1.2MD模拟81

5.2NEP势的训练81

5.2.1训练集的准备81

5.2.2势函数训练细节83

5.3NEP势的评估84

5.3.1晶格常数检验84

5.3.2声子色散评估85

5.3.3热导率对比85

5.4二维C—N超晶格中的热输运87

5.4.1二维C—N超晶格87

5.4.2热输运性能89

5.5本章小结90

参考文献91