Перенос тепла в одномерных кристаллах — различия между версиями

Материал из Department of Theoretical and Applied Mechanics
Перейти к: навигация, поиск
м (Откат правок Vakulinaa (обсуждение) к версии Шубина Варвара Юрьевна)
(Отмена правки 35176, сделанной участником Антон Кривцов (обс.))
Строка 27: Строка 27:
 
* C. W. Chang, D. Okawa, H. Garcia, A. Majumdar, and [https://en.wikipedia.org/wiki/Alex_Zettl A. Zettl]. '''Breakdown of Fourier’s Law in Nanotube Thermal Conductors.''' Phys. Rev. Lett. (2008) 101, 075903. ([http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.101.075903 Abstract], [http://research.physics.berkeley.edu/zettl/pdf/354.PRL.101-Chang.pdf pdf]) ''(Экспериментально показано, что при комнатной температуре теплопроводность C и BN нанотрубок не подчиняется закону Фурье, причем это нарушение сохраняется при длинах нанотрубок, значительно превышающих длину свободного пробега фононов.)''
 
* C. W. Chang, D. Okawa, H. Garcia, A. Majumdar, and [https://en.wikipedia.org/wiki/Alex_Zettl A. Zettl]. '''Breakdown of Fourier’s Law in Nanotube Thermal Conductors.''' Phys. Rev. Lett. (2008) 101, 075903. ([http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.101.075903 Abstract], [http://research.physics.berkeley.edu/zettl/pdf/354.PRL.101-Chang.pdf pdf]) ''(Экспериментально показано, что при комнатной температуре теплопроводность C и BN нанотрубок не подчиняется закону Фурье, причем это нарушение сохраняется при длинах нанотрубок, значительно превышающих длину свободного пробега фононов.)''
  
* S. Shen, A. Henry, J. Tong, R. Zheng, G. Chen. '''Polyethylene nanofibres with very high thermal conductivities.''' Nat. Nanotechnol (2010) 5, 251. [http://www.nature.com/nnano/journal/v5/n4/full/nnano.2010.27.html Abstract.]
+
* <strike>S. Shen, A. Henry, J. Tong, R. Zheng, G. Chen. '''Polyethylene nanofibres with very high thermal conductivities.''' Nat. Nanotechnol (2010) 5, 251. [http://www.nature.com/nnano/journal/v5/n4/full/nnano.2010.27.html Abstract.]</strike>
  
 
*B.W. Huang, T.K. Hsiao, K.H. Lin, D.W. Chiou, C.W. Chang. '''Length-dependent thermal transport and ballistic thermal conduction.''' AIP Advances (2015) 5, 053202. [http://scitation.aip.org/content/aip/journal/adva/5/5/10.1063/1.4914584 Abstract.]
 
*B.W. Huang, T.K. Hsiao, K.H. Lin, D.W. Chiou, C.W. Chang. '''Length-dependent thermal transport and ballistic thermal conduction.''' AIP Advances (2015) 5, 053202. [http://scitation.aip.org/content/aip/journal/adva/5/5/10.1063/1.4914584 Abstract.]

Версия 22:49, 22 июля 2015

Кафедра ТМ > Научный справочник > Механика > МДС > Одномерный кристалл > Перенос тепла

Перенос тепла — сложный и нетривиальный процесс, даже для простейших моделей одномерного кристалла. Как правило, не описывается классическим законом Фурье. Теоретически отклонения от закона теплопроводности Фурье отмечались давно, однако, в последние годы появились и экспериментальные подтверждения данного факта.

Публикации по теме

Обзорные статьи

  • A. Dhar, R. Dandekar. Heat transport and current fluctuations in harmonic crystals. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications (2015) 418, 49-64. Abstract.
  • А.В. Елецкий. Транспортные свойства углеродных нанотрубок. УФН (2009) 179, 225–242. (Аннотация, pdf)
  • A. Dhar. Heat transport in low-dimensional systems. Advances in Physics (2008) 57(5), 457--537. Abstract.
  • S. Lepri, R. Livi, and A. Politi. Thermal conduction in classical low-dimensional lattices. Phys. Rep. 377 (2003), p. 1.
  • F. Bonetto, J.L. Lebowitz, and L. Rey-Bellet. Fourier’s law: a challenge to theorists, in Mathematical Physics (2000) In A. Fokas, A. Grigoryan, T. Kibble, and B. Zegarlinski, eds., Imperial College Press, London, 2000, pp. 128–150.
  • R.A. MacDonald, D.H. Tsai. Molecular dynamical calculations of energy transport in crystalline solids. Physics Reports (1978) 46, No. 1, 1—41.

Экспериментальное подтверждение аномального переноса тепла в одномерных структурах

  • E. Brown, L. Hao, J.C. Gallop, J.C. Macfarlane. Ballistic thermal and electrical conductance measurements on individual multiwall carbon nanotubes. Appl. Phys. Lett. (2005) 87, 023107. Abstract. (Experimental evidence for ballistic transport of both phonons and electrons in 0.7-1.2 mkm carbon nanotubes at room temperature.)
  • Zhaohui Wang, Jeffrey A. Carter, Alexei Lagutchev, Yee Kan Koh, Nak-Hyun Seong, David G. Cahill, Dana D. Dlott. Ultrafast Flash Thermal Conductance of Molecular Chains. Science (2007) Vol. 317 no. 5839 pp. 787-790. Abstract. Perspective: Abraham Nitzan. Molecules Take the Heat. Science (2007) 317, 759. (download pdf) (Экспериментально показано, что тепловой фронт распространяется вдоль углеводородных цепочек с постоянной скоростью около 1 км/c. Исследуемые цепочки прикреплены одним концом к золотой подложке, нагреваемой ультракоротким лазерным импульсом.)
  • C. W. Chang, D. Okawa, H. Garcia, A. Majumdar, and A. Zettl. Breakdown of Fourier’s Law in Nanotube Thermal Conductors. Phys. Rev. Lett. (2008) 101, 075903. (Abstract, pdf) (Экспериментально показано, что при комнатной температуре теплопроводность C и BN нанотрубок не подчиняется закону Фурье, причем это нарушение сохраняется при длинах нанотрубок, значительно превышающих длину свободного пробега фононов.)
  • S. Shen, A. Henry, J. Tong, R. Zheng, G. Chen. Polyethylene nanofibres with very high thermal conductivities. Nat. Nanotechnol (2010) 5, 251. Abstract.
  • B.W. Huang, T.K. Hsiao, K.H. Lin, D.W. Chiou, C.W. Chang. Length-dependent thermal transport and ballistic thermal conduction. AIP Advances (2015) 5, 053202. Abstract.

Теоретические исследования распространения тепла в одномерных кристаллах

  • Z. Rieder, J. L. Lebowitz and E. Lieb. Properties of a Harmonic Crystal in a Stationary Nonequilibrium State. J. Math. Phys. 8, 1073 (1967). Abstract. (Впервые показано, что для гармонической цепочки тепловой поток не зависит от количества частиц, а равновесная температура везде, кроме окрестности краев, равна полусумме температур краевых точек).
  • Hiroshi Nakazawa. On the Lattice Thermal Conduction. Prog. Theor. Phys. Supplement (1970), 45, 231-262. (Результаты Rieder at al (1967) аналитически распространяются на другие граничные условия и пространственный гармонический кристалл, для ангармонической цепочки численно показано, что тепловое сопротивление растет с увеличением нелинейности).
  • Baowen Li, Lei Wang, and Giulio Casati. Thermal Diode: Rectification of Heat Flux. Phys. Rev. Lett. 93, 184301 (2004) [4 pages]. (На примере контакта двух цепочек с различной нелинейностью показана осуществимость теплового диода — устройства, работающего как тепловой проводник в одну и изолятор в другую сторону).
  • Zonghua Liu, Baowen Li. Heat conduction in a 1D harmonic chain with three dimensional vibrations (26 Jun 2008) arXiv:0806.4224 (Показано, что теплопроводность в гармонической цепочке при пространственных вибрациях зависит от постоянной решетки, чего не наблюдается при одномерных вибрациях).
  • D. Roy, A. Dhar. Heat Transport in Ordered Harmonic Lattices. J Stat Phys (2008) 131: 535–541. (Получена точная формула для теплового потока в гармонической цепочке, в частных случаях воспроизводящая результаты Rieder et al. (1967) и Nakazawa (1970), исследуется также квантовый случай).
  • Yang, N., Zhang, G., Li, B. Violation of Fourier's law and anomalous heat diffusion in silicon nanowires. Nano Today. Volume 5, Issue 2, April 2010, Pages 85-90. Abstract.
  • V. Kannan, A. Dhar, and J. L. Lebowitz. Nonequilibrium stationary state of a harmonic crystal with alternating masses. PRE 85, 041118 (2012). (Аналитически и численно рассматривается гармоническая цепочка, в которой четные и нечетные частицы имеют разные массы. Показано, что при наличии теплового потока через систему частицы разной массы имеют разные температуры даже при [math]N\to\infty[/math]. Причем для четного числа частиц горячее оказываются более тяжелые частицы, для нечетного — наоборот).
  • А.М. Кривцов. Колебания энергий в одномерном кристалле. Доклады Академии Наук. 2014, том 458, № 3, 279-281. (Скачать pdf: 180 Kb) English version: Anton M. Krivtsov. Energy Oscillations in a One-Dimensional Crystal // Doklady Akademii Nauk. Doklady Physics, 2014, Vol. 59, No. 9, pp. 427–430. (Download pdf: 162 Kb) (Аналитически описан процесс выхода на тепловое равновесие для пространственно-однородного состояния кристалла).
  • А.М. Кривцов. Распространение тепла в бесконечном одномерном гармоническом кристалле. Доклады Академии Наук. 2015, том 464, № 2. (Скачать pdf корректуры статьи: 618 Kб)(Аналитически получены аналоги уравнения теплопроводности и закона Фурье).
  • J. Maassen, M. Lundstrom. A simple Boltzmann transport equation for ballistic to diffusive transient heat transport. J. Appl. Phys. (2015) 117, 135102. Abstract.

См. также