利用同位素掺杂与分形结构调控石墨烯热导率

本研究采用非平衡分子动力学方法对用Rectangle Carpet(RC)和Sierpinski Carpet(SC)分形结构布局的同位素掺杂石墨烯的热导率进行系统研究.研究表明,RC和SC结构的热导率均随分形数(m)的增加先减小后略微升高,且SC结构的热导率要低于RC结构的热导率.同时,我们通过计算声子谱、声子群速度、声子参与比和声子态密度来分析原始石墨烯、m=3的RC结构(RC3)和m=3的SC结构(SC3)结构中的声子行为.在全声子频率区域内,原始石墨烯、RC3和SC3结构的平均声子群速度和平均声子参与比分别为3.47 km·s-1,0.98;2.77 km·s-1,0.62和2.34 km·s-1,0.61.结果显示,与原始结构和RC结构相比,SC结构中有更多的声子模被局域化,导致更低的声子群速度和较强的声子散射,进而可以抑制声子的热输运.