碳化硅中点缺陷对热传导性能影响的分子动力学研究

• 作者: 王甫 周毅 高士鑫 段振刚 孙志鹏 汪俊 邹宇 付宝勤
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 碳化硅 热导率 分子动力学 点缺陷
• 年，卷（期）: 2022,（3）
• 所属期刊栏目: 凝聚物质:结构、力学和热学性质|CONDENSED MATTER: STRUCTURAL,MECHANICAL,AND THERMAL PROPERTIES
• 页码范围: 243-249
• 页数: 7页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.71.20211434

摘要

碳化硅(SiC)由于性能优异,已广泛应用于核技术领域.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,进而产生过饱和的空位、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(b-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(l)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(DR=Rdefect–Rperfect,R=1/l,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.