Heat conduction of inhomogeneous solid material: phonon analysis and application to thin films

非均匀固体材料的热传导:声子分析及其在薄膜中的应用

基本信息

  • 批准号:
    12650203
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.56万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    2000
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2000 至 2001
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

We have developed a novel numerical technique of lattice vibration analysis in order to study the lifetime and the mean free path of vibration in solids for the purpose of investigating thermal conductivity of non-metallic solids. This technique utilizes a wavelet transformation to analyze time-sequential or spatial data of atomic positions obtained with molecular dynamics simulations. The atomic data are decomposed into different wavelet levels, and the autocorrelation function at each level is calculated. From the damping of the autocorrelation functions, the vibration lifetime in case of temporal analysis, or the mean free path in case of spatial analysis is evaluated for each level. In comparison with the usual Fourier transformation technique, the technique developed in this research has advantages that (I) the concepts of 'lifetime' and 'mean free path' are clearer, and (ii) mode-dependence of the lifetime or the mean free path is estimated more easily. We have applied this technique to a simple FCC crystal at various temperatures, crystal mixtures, and amorphous systems, and found that the estimated thermal conductivity is in fair agreement with direct estimation of non-equilibrium molecular dynamics simulations. Thus, we conclude that the lattice vibration analysis with the wavelet transformation technique is useful to characterize the thermal properties of solid materials with micro/nano-scale structure.
我们开发了一种新颖的晶格振动分析数值技术,以研究固体振动的寿命和平均自由程,从而研究非金属固体的导热性。该技术利用小波变换来分析通过分子动力学模拟获得的原子位置的时间序列或空间数据。将原子数据分解为不同的小波级别,并计算每个级别的自相关函数。根据自相关函数的阻尼,对每个级别评估时间分析情况下的振动寿命或空间分析情况下的平均自由程。与通常的傅里叶变换技术相比,本研究开发的技术具有以下优点:(i)“寿命”和“平均自由程”的概念更清晰;(ii)更容易估计寿命或平均自由程的模式依赖性。我们已将该技术应用于各种温度、晶体混合物和非晶态系统下的简单 FCC 晶体,并发现估计的热导率与非平衡分子动力学模拟的直接估计相当一致。因此,我们得出结论,小波变换技术的晶格振动分析对于表征具有微/纳米结构的固体材料的热性能是有用的。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Mitsuhiro Matsumoto et al.: "Molecular Simulation of Thermal Resistance at the Crystal Interface"Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers. (in press).
Mitsuhiro Matsumoto 等人:“晶体界面热阻的分子模拟”日本机械工程师学会会刊。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
松本充弘: "固体界面での熱抵抗の分子シミュレーション"日本機械学会第13回計算力学講演会講演論文集. 00-17. 387-388 (2001)
Mitsuhiro Matsumoto:“固体界面热阻的分子模拟”日本机械工程师学会第 13 届计算力学会议论文集 00-17(2001)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
松本 充弘: "ウェーブレット変換法による固体格子振動の解析"Thermal Science and Engineering. 9・3. 25-35 (2001)
松本光宏:“利用小波变换法分析固体晶格振动”热科学与工程9・3(2001)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Mitsuhiro Matsumoto et al.: "Wavelet Transformation Techniques for Analyzing Lattice Vibration in Solids"Thermal Science & Engineering. 9-3. 25-35 (2001)
Mitsuhiro Matsumoto 等人:“用于分析固体中晶格振动的小波变换技术”热科学
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
松本 充弘: "結晶界面の熱抵抗の分子動力学シミュレーション"日本機械学会論文集. (掲載予定). (2002)
Mitsuhiro Matsumoto:“晶体界面热阻的分子动力学模拟”日本机械工程师学会会议记录(即将出版)(2002 年)。
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  • 批准号:
    15K05826
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    2015
  • 资助金额:
    $ 2.56万
  • 项目类别:
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    $ 2.56万
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    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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    2005
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    $ 2.56万
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    10670552
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  • 资助金额:
    $ 2.56万
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    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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    09480010
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  • 资助金额:
    $ 2.56万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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