Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Vận chuyển năng lượng qua cặp màng mỏng silicon-kim cương với khoảng trống chân không nhỏ ở giao diện
Tóm tắt
Sự chuyển giao năng lượng giữa các cặp màng mỏng silicon-kim cương được nghiên cứu do sự nhiễu loạn nhiệt độ tại các cạnh của màng. Một khoảng trống chân không nhỏ thỏa mãn giới hạn Casimir được xem xét tại giao diện của cặp màng. Điện trở biên nhiệt giữa cặp màng được xây dựng dựa trên mô hình không phù hợp cắt và sự truyền nhiệt do bức xạ nhiệt được giới thiệu qua khoảng trống chân không do sự chênh lệch nhiệt độ tại giao diện khoảng trống. Phương trình vận chuyển Boltzmann được sử dụng để tính toán phân bố cường độ phonon trong các màng. Giải pháp tạm thời và phụ thuộc tần số của phương trình Boltzmann được thu được thông qua phương pháp tọa độ rời rạc. Một mã máy tính được phát triển đã được xác minh với dữ liệu dẫn nhiệt. Kết quả cho thấy rằng các dự đoán về dẫn nhiệt phù hợp tốt với dữ liệu được trình bày trong nghiên cứu trước đó. Những phát hiện tiết lộ rằng việc tăng kích thước khoảng trống tại giao diện của cặp màng làm tăng sự chênh lệch nhiệt độ giao diện qua khoảng trống chân không. Bức xạ nhiệt có ít ảnh hưởng hơn đến việc vận chuyển năng lượng qua khoảng trống so với hiện tượng diễn ra do sự nhảy phonon qua giao diện khoảng trống.
Từ khóa
#vận chuyển năng lượng #màng mỏng #silicon #kim cương #chân không #mô hình không phù hợp #bức xạ nhiệtTài liệu tham khảo
citation_journal_title=Appl. Phys. Lett.; citation_title=Phonon-boundary scattering in thin silicon layers; citation_author=M Asheghi, YK Leung, SS Wong, KE Goodson; citation_volume=71; citation_issue=13; citation_publication_date=1997; citation_pages=1798-1800; citation_doi=10.1063/1.119402; citation_id=CR1
Bae, M.-H., Li, Z., Aksamija, Z., Martin, P.N., Xiong, F., Ong, Z.-Y., Knezevic, I., Pop, E.: Ballistic to diffusive crossover of heat flow in graphene ribbons. Nat. Commun. 4, 1734 (2013). doi:
10.1038/ncomms2755
citation_journal_title=Diam. Relat. Mater.; citation_title=Heat transport across the metal–diamond interface; citation_author=M Battabyal, O Beffort, S Kleiner, S Vaucher, L Rohr; citation_volume=17; citation_issue=7–10; citation_publication_date=2008; citation_pages=1438-1442; citation_doi=10.1016/j.diamond.2008.01.023; citation_id=CR3
citation_journal_title=Appl. Phys. Lett.; citation_title=Phonon heat conduction in corrugated silicon nanowires below the Casimir limit; citation_author=C Blanc, A Rajabpour, S Volz, T Fournier, O Bourgeois; citation_volume=103; citation_publication_date=2013; citation_pages=043109-1-043109-5; citation_doi=10.1063/1.4816590; citation_id=CR4
citation_journal_title=Phys. Rev. Lett.; citation_title=Lattice vibrations in silicon and germanium; citation_author=BN Brockhouse; citation_volume=6; citation_issue=2; citation_publication_date=1959; citation_pages=256-258; citation_doi=10.1103/PhysRevLett.2.256; citation_id=CR5
citation_journal_title=Int. J. Heat Mass Transf.; citation_title=Sub-continuum thermal transport modeling using diffusion in the Lattice Boltzmann Transport Equation; citation_author=C Chen, J Geer, B Sammakia; citation_volume=79; citation_publication_date=2014; citation_pages=666-675; citation_doi=10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.08.052; citation_id=CR6
citation_journal_title=Phys. E; citation_title=Ballistic–diffusive phonon transport and size induced anisotropy of thermal conductivity of silicon nanofilms; citation_author=Y Dong, B-Y Cao, Z-Y Guo; citation_volume=66; citation_publication_date=2015; citation_pages=1-6; citation_doi=10.1016/j.physe.2014.09.011; citation_id=CR7
citation_journal_title=Appl. Phys. Lett.; citation_title=Thermal conduction normal to diamond-silicon boundaries; citation_author=KE Goodson, OW Kading, M Rosner, R Zachi; citation_volume=66; citation_issue=23; citation_publication_date=1995; citation_pages=3134-3136; citation_doi=10.1063/1.113625; citation_id=CR8
citation_title=The dynamical theory of gases; citation_publication_date=1954; citation_id=CR9; citation_author=JH Jeans; citation_publisher=Dover
citation_journal_title=J. Heat Transf.; citation_title=Microscale heat conduction in dielectric thin films; citation_author=A Majumdar; citation_volume=115; citation_issue=1; citation_publication_date=1993; citation_pages=7-16; citation_doi=10.1115/1.2910673; citation_id=CR10
citation_journal_title=Phys. B Condens. Matter.; citation_title=Phonon transport in silicon–silicon and silicon–diamond thin films: Consideration of thermal boundary resistance at interface; citation_author=SB Mansoor, BS Yilbas; citation_volume=406; citation_issue=11; citation_publication_date=2011; citation_pages=2186-2195; citation_doi=10.1016/j.physb.2011.03.028; citation_id=CR11
citation_journal_title=J. of Thermophys. Heat Transf.; citation_title=Laser short-pulse interaction of aluminum and silicon films with interfacial thermal boundary resistance; citation_author=SB Mansour, BS Yilbas; citation_volume=26; citation_issue=3; citation_publication_date=2012; citation_pages=523-530; citation_doi=10.2514/1.T3706; citation_id=CR12
citation_journal_title=Int. J. Therm. Sci.; citation_title=Lattice Boltzmann numerical analysis of heat transfer in nano-scale silicon films induced by ultra-fast laser heating; citation_author=Y Mao, M Xu; citation_volume=89; citation_publication_date=2015; citation_pages=210-221; citation_doi=10.1016/j.ijthermalsci.2014.11.004; citation_id=CR13
Minnich, A.J., Chen, G., Mansoor, S., Yilbas, B.S.: Quasiballistic heat transfer studied using the frequency-dependent Boltzmann transport equation. Phys. Rev. B 84(23), 235207 (2011). doi:
10.1103/PhysRevB.84.235207
citation_journal_title=J. Phys. Condens. Matter; citation_title=Two-dimensional phonon transport in graphene; citation_author=DL Nika, AA Balandin; citation_volume=24; citation_publication_date=2012; citation_pages=233203; citation_doi=10.1088/0953-8984/24/23/233203; citation_id=CR15
citation_journal_title=Int. J. Heat Mass Transf.; citation_title=Multiscale thermal device modeling using diffusion in the Boltzmann Transport Equation; citation_author=S Pisipati, C Chen, J Geer, B Sammakia, BT Murray; citation_volume=64; citation_publication_date=2013; citation_pages=286-303; citation_doi=10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.04.011; citation_id=CR16
Sellan, D.P., Turney, J.E., McGaughey, A.J.H., Amon, C.H.: Cross-plane phonon transport in thin films, J. Appl. Phys. 108, 113524 (2010). doi:
10.1063/1.3517158
citation_journal_title=Diam. Relat. Mater.; citation_title=Thermal diffusivity of heteroepitaxial diamond films: experimental setup and measurements; citation_author=C Stehl, M Schreck, M Fischer, S Gsell, B Stritzker; citation_volume=19; citation_issue=7–9; citation_publication_date=2010; citation_pages=787-791; citation_doi=10.1016/j.diamond.2010.01.037; citation_id=CR18
citation_journal_title=Int. J. Therm. Sci.; citation_title=Thermal boundary resistance and temperature dependent phonon conduction in CNT array multilayer structure; citation_author=ZL Wang, HT Mu, JG Liang, DW Tang; citation_volume=74; citation_publication_date=2013; citation_pages=53-62; citation_doi=10.1016/j.ijthermalsci.2013.07.006; citation_id=CR19
citation_journal_title=Int. J. Therm. Sci.; citation_title=Prediction and measurement of thermal transport across interfaces between semiconductor and adjacent layers; citation_author=Z Wang, X Tian, J Liang, J Zhu, D Tang, K Xu; citation_volume=79; citation_publication_date=2014; citation_pages=266-275; citation_doi=10.1016/j.ijthermalsci.2014.01.017; citation_id=CR20
Wang, X., Huang, B.: Computational study of in-plane phonon transport in Si thin films. Sci. Rep. 4, 6399 (2014). doi:
10.1038/srep06399
citation_journal_title=Phys. Rev. B; citation_title=Ab initio theory of the lattice thermal conductivity in diamond; citation_author=A Ward, DA Broido, DA Stewart; citation_volume=80; citation_publication_date=2009; citation_pages=125203-1-125203-8; citation_doi=10.1103/PhysRevB.80.125203; citation_id=CR22
citation_journal_title=Phys. B Condens. Matter; citation_title=Logistic characteristics of phonon transport in silicon thin film: the S-curve; citation_author=BS Yilbas, SB Mansoor; citation_volume=426; citation_publication_date=2013; citation_pages=79-84; citation_doi=10.1016/j.physb.2013.06.017; citation_id=CR23
citation_journal_title=Opt. Quantum Electron.; citation_title=Size effect on phonon transport in two-dimensional silicon film; citation_author=BS Yilbas, SB Mansoor; citation_volume=46; citation_issue=11; citation_publication_date=2014; citation_pages=1467-1479; citation_doi=10.1007/s11082-013-9861-3; citation_id=CR24
citation_journal_title=Int. J. Therm. Sci.; citation_title=Phonon radiative transport in silicon-aluminum thin films: frequency dependent case; citation_author=BS Yilbas, SB Mansoor; citation_volume=57; citation_publication_date=2012; citation_pages=54-62; citation_doi=10.1016/j.ijthermalsci.2012.01.008; citation_id=CR25
citation_journal_title=Numer. Heat Transf. Part A Appl.; citation_title=Transient effects of phonon transport in two-dimensional silicon film; citation_author=BS Yilbas, SB Mansoor; citation_volume=62; citation_issue=9; citation_publication_date=2012; citation_pages=742-760; citation_doi=10.1080/10407782.2012.709431; citation_id=CR26
citation_journal_title=Numer. Heat Transf. Part A; citation_title=Phonon transport in thin film: ballistic phonon contribution to energy transport; citation_author=BS Yilbas, SB Mansour; citation_volume=64; citation_issue=10; citation_publication_date=2013; citation_pages=800-819; citation_doi=10.1080/10407782.2013.798571; citation_id=CR27
citation_title=Electrons and phonons: the theory of transport phenomena in solids; citation_publication_date=1960; citation_id=CR28; citation_author=JM Ziman; citation_publisher=Oxford University Press