[论文解读] Molecular Dynamics Simulations for Anisotropic Thermal Conductivity of Borophene

Yue Jia, Chun Li+4 more|arXiv (Cornell University)|May 31, 2017

Thermal properties of materials参考文献 16被引用 3

一句话总结

本研究采用反向非平衡分子动力学（RNEMD）方法，结合M{"u}ller-Plathe算法，计算了硼烯纳米带（BNR）和纳米管（BNT）的热导率，揭示出强烈的各向异性：锯齿形方向的热导率显著高于扶手椅形方向。结果表明，热导率对宽度、周长和单轴应变不敏感，但强烈依赖于结构，BNT的热导率低于BNR。

ABSTRACT

The present work carries out molecular dynamics simulations to compute the thermal conductivity of the borophene nanoribbon and the borophene nanotube using the Muller-Plathe approach. We investigate the thermal conductivity of the armchair and zigzag borophenes, and show the strong anisotropic thermal conductivity property of borophene. We compare the results of the borophene nanoribbon and the borophene nanotube, and find the thermal conductivity of the borophene is structure dependent.

研究动机与目标

• 利用分子动力学模拟研究硼烯的各向异性热导率。
• 比较硼烯纳米带（BNR）与纳米管（BNT）的热输运性能。
• 考察宽度、周长和施加应变等结构参数对热导率的影响。
• 确定硼烯的热导率是否具有结构依赖性且对应变不敏感。

提出的方法

• 采用Stillinger-Weber（SW）势能模型模拟硼烯中硼-硼相互作用。
• 通过M{"u}ller-Plathe算法应用反向非平衡分子动力学（RNEMD）方法计算热导率。
• 在NVE系综下，每5 fs交换一次速度，以建立稳定的热流。
• 沿热流方向将系统划分为50个薄层，以计算温度梯度。
• 每0.5 fs收集一次温度数据，共800万步，其中30万步用于平衡。
• 对具有不同宽度、周长和施加应变的扶手椅形和锯齿形BNR与BNT进行了模拟。

实验结果

研究问题

• RQ1 硼烯纳米带在扶手椅方向和锯齿形方向的热导率是多少？
• RQ2 硼烯纳米管的热导率与纳米带相比如何？
• RQ3 硼烯的热导率是否依赖于其宽度或周长？
• RQ4 沿热流方向的单轴应变如何影响热导率？
• RQ5 硼烯的热导率是否具有各向异性？若是，各向异性有多强？

主要发现

• 锯齿形方向硼烯纳米带的热导率达到408.03 W/mK，显著高于扶手椅形方向的174.86 W/mK。
• 硼烯纳米带的热导率与纳米带宽度无关，在不同宽度下保持稳定。
• 硼烯纳米管的热导率对周长变化不敏感，在不同周长下保持一致。
• 硼烯纳米带和纳米管的热导率在沿热流方向施加高达2%的单轴应变时均不受影响。
• 硼烯纳米管的热导率低于纳米带，表明热输运具有强烈的结构依赖性。
• 本研究证实硼烯存在强烈的本征热各向异性，锯齿形方向的热导率显著高于扶手椅形方向。