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Measurement of thermal boundary conductance between metal and dielectric materials using femtosecond laser transient thermoreflectance technique

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Science China(Technological Sciences) 2012年第4期55卷 1044-1049页

作者： ZHANG ChungWei bi kedong WANG JianLi NI ZhongHua CHEN YunFei JiangSu Key Laboratory for Design and Manufacture of Micro-Nano biomedical Instruments School of Mechanical EngineeringSoutheast UniversityNanjing 211189China

The thermal boundary conductance of Al/SiO2, Al/Si, Au/SiO2, and Au/Si are measured by a femtosecond laser transient thermoreflectance technique. The distinct differences of the interfacial thermal conductance between these samples are observed. For the same metal film, the thermal boundary conductance between metal and substrate decreases with the thermal conductivity of the substrate. The measured results are explained with the phonon diffusion mismatch model by introducing a phonon transmission coefficient across the interface.

关键词： femtosecond transient thermoreflectance technique thermal boundary conductance thermal model phonon transimis- sion probability

Manipulation of interfacial thermal conductance via Rhodamine 6G

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Science Bulletin 2015年第6期60卷 654-656,M0004页

作者： Chunwei Zhang Weiwei Zhao Yong Zeng Hai Zhou kedong bi Yunfei Chen School of Mechanical Engineering Yancheng Institute of Technology Yancheng 224051 China Jiangsu Key Laboratory for Design and Manufacture of Micro- Nano biomedical Instruments School of Mechanical Engineering Southeast University Nanjing 211189 China

Interfacial thermal conductance plays a sig- nificant role in the heat transfer efficiency of nanoscale systems. The thermal conductance across Al/SiO_2 inter- faces, which is subjected to the change in concentration of sandwiched Rhodamine 6G solution, is measured with time domain transient thermoreflectance technique. The thermal conductance of the interface between Al and SiO_2 logarithmically decreases with an increase in the concen- tration of the Rhodamine 6G solution. This study reveals that heat transport efficiency across an interface can be conveniently manipulated according to the demand of thermal engineering by introducing organic moleculars between both sides of the interface.

关键词： Manipulation Interfacial thermalconductance Rhodamine 6G Transientthermoreflectance technique

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填充氩后单壁碳纳米管的导热系数

东南大学学报（自然科学版） 2006年第3期36卷 416-419页

作者：陈慧陈云飞陈敏华毕可东东南大学机械工程学院南京210096

采用平衡态分子动力学（EMD）模拟方法，计算了填充氩后的（10，10）型和（15，15）型的单壁碳纳米管分别在不同温度下的导热系数．研究了它们随温度的变化情况，并将其与相应的空的碳纳米管的导热系数进行比较，分析在相同温度下，充... 详细信息

采用平衡态分子动力学（EMD）模拟方法，计算了填充氩后的（10，10）型和（15，15）型的单壁碳纳米管分别在不同温度下的导热系数．研究了它们随温度的变化情况，并将其与相应的空的碳纳米管的导热系数进行比较，分析在相同温度下，充氩对碳纳米管导热系数的影响．模拟结果发现：在500～1200K的温度范围内，（10，10）型碳纳米管和（15，15）型碳纳米管在填充了氩后其导热系数值均随着温度的升高呈下降趋势，这与空的碳纳米管的导热系数随温度的变化关系相似；在相同温度下，这2种类型的碳纳米管在填充了氩后的导热系数值均比相应的空的碳纳米管的导热系数值明显高很多．

关键词：导热系数单壁碳纳米管氩分子动力学

不同结构单壁碳纳米管热传导的分子动力学模拟

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东南大学学报（自然科学版） 2006年第3期36卷 420-422页

作者：毕可东陈云飞杨决宽陈敏华东南大学机械工程学院南京210096

采用基于线性响应理论的平衡态分子动力学方法,计算了扶手椅型和锯齿型单壁碳纳米管(SWNTs)的导热系数,并给出其随管长、直径和温度的变化.在此基础上,对2种结构SWNTs的热传导性能进行了比较.模拟结果表明:SWNTs的导热系数在管长较短时... 详细信息

采用基于线性响应理论的平衡态分子动力学方法,计算了扶手椅型和锯齿型单壁碳纳米管(SWNTs)的导热系数,并给出其随管长、直径和温度的变化.在此基础上,对2种结构SWNTs的热传导性能进行了比较.模拟结果表明:SWNTs的导热系数在管长较短时随着管长的增加有所浮动但并不收敛,随温度的升高,导热系数将降低;2种结构SWNTs的导热系数均随着直径的减小而升高,且在相同直径时,不同结构碳纳米管的导热系数相差不大,这与输运方程进行理论求解的结果较为一致.

关键词：热传导单壁碳纳米管分子动力学

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金刚石导热系数的各向同性分子动力学模拟

东南大学学报（自然科学版） 2010年第4期40卷 746-749页

作者：毕可东陈云飞王玉娟陈敏华东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室南京211189 东南大学机械工程学院南京211189

针对描述金刚石原子间作用力的Tersoff作用势,建立了对应的各向同性非平衡态分子动力学外加力场模型,并采用这种模型模拟了金刚石的导热系数.模拟结果显示:在施加外加扰动力场后,沿力场方向的热流迅速增大并收敛;外加力场越大,相应力场... 详细信息

针对描述金刚石原子间作用力的Tersoff作用势,建立了对应的各向同性非平衡态分子动力学外加力场模型,并采用这种模型模拟了金刚石的导热系数.模拟结果显示:在施加外加扰动力场后,沿力场方向的热流迅速增大并收敛;外加力场越大,相应力场作用下的导热系数的模拟结果越小,金刚石导热系数与外加力场大小呈二次衰减指数关系.与平衡态分子动力学模拟相比,各向同性非平衡分子动力学方法可节省计算机模拟时间约80%;而且对于三维结构,2种方法的模拟结果较为一致,但2种模拟结果均小于实验值,这主要是由描述原子间作用力的Ter-soff作用势的非谐性所致.

关键词：导热系数金刚石分子动力学各向同性

典型构筑植物表面不同湿度条件下黏附和摩擦特性研究

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机械工程学报 2017年第21期53卷 86-94页

作者：王玉娟宋小闯杨决宽毕可东陈云飞东南大学机械工程学院南京211189 东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室南京211189

利用原子力显微镜的胶体探针技术,对不同湿度条件下四种具有典型构筑(光滑二维蜡质层、微褶皱、大褶皱、三维蜡质晶体)的原始植物表面以及两种氯仿处理后的植物样品表面的黏附力和摩擦力进行定量测试和分析。试验结果表明:冬青叶表面光... 详细信息

利用原子力显微镜的胶体探针技术,对不同湿度条件下四种具有典型构筑(光滑二维蜡质层、微褶皱、大褶皱、三维蜡质晶体)的原始植物表面以及两种氯仿处理后的植物样品表面的黏附力和摩擦力进行定量测试和分析。试验结果表明:冬青叶表面光滑二维蜡质涂层降低了其表面能和亲水特性,这不仅降低胶体探针与其表面在干燥条件下固固接触的摩擦力和黏附力,而且有效地阻碍了小湿度条件下液桥的形成,提高了其在小湿度条件下的脱附性能;荔枝叶表面微褶皱结构特征增大了固固接触的缝隙,不利于空气中的水蒸气冷凝并在毛细力的作用下形成液桥,从而在更大的湿度范围内提高了其脱附能力,脱附效果优于二维蜡质涂层;仙客来表面大褶皱特征和猪笼草表面三维蜡质晶体能有效排除接触界面附近的水蒸气,在干燥条件和高湿度条件下均能保持高效脱附功能,而猪笼草表面的微结构特征和蜡质晶体低表面能的耦合作用使其具有比仙客来表面大褶皱结构特征更优良的脱附功能。这些研究成果为仿生反黏附表面的设计和制备提供了理论依据。

关键词：胶体探针湿度黏附力摩擦力典型构筑

二维声子晶体色散关系的大尺度晶格动力学计算

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东南大学学报（自然科学版） 2017年第3期47卷 495-499页

作者：魏志勇蒋永强毕可东杨决宽陈云飞东南大学机械工程学院南京211189 东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室南京211189

提出了一种计算大尺度原胞的晶格动力学方法,对光滑硅薄膜的声子色散关系进行了检验.在不考虑声子区域折叠效应的条件下,通过比较超原胞和单原胞模型计算的声子色散关系,证实了所提方法的正确性.运用该方法研究了二维孔状硅声子晶体的... 详细信息

提出了一种计算大尺度原胞的晶格动力学方法,对光滑硅薄膜的声子色散关系进行了检验.在不考虑声子区域折叠效应的条件下,通过比较超原胞和单原胞模型计算的声子色散关系,证实了所提方法的正确性.运用该方法研究了二维孔状硅声子晶体的色散关系.进一步研究了硅声子晶体色散关系与气孔率和膜厚的关系,结果发现,与相同厚度的光滑硅薄膜相比,孔的存在降低了三支声学的声子群速度;随着气孔率的增加,声子群速度快速降低;而增加薄膜厚度主要增加了法向声子群速度.

关键词：声子晶体晶格动力学色散关系群速度

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猪笼草蜡质滑移区表面反粘附特性的研究

机械工程学报 2015年第23期51卷 103-109页

作者：毕可东宋小闯王玉娟杨决宽陈云飞东南大学机械工程学院南京211189 东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室南京211189

利用环境扫描电子显微镜(ESEM)和原子力显微镜(AFM)表征红瓶猪笼草蜡质滑移区表面微观形貌,并提取粗糙度的相关参数。利用AFM分别在低载荷和高载荷下对蜡质区表面同一区域进行扫描,在不同条件下的扫描形貌一致,且扫描后的探针针尖上未... 详细信息

利用环境扫描电子显微镜(ESEM)和原子力显微镜(AFM)表征红瓶猪笼草蜡质滑移区表面微观形貌,并提取粗糙度的相关参数。利用AFM分别在低载荷和高载荷下对蜡质区表面同一区域进行扫描,在不同条件下的扫描形貌一致,且扫描后的探针针尖上未发现附着污染物。利用胶体探针技术在无针尖的探针悬臂上粘附15μm SiO_2小球,模拟单根刚毛与猪笼草蜡质区表面的接触,并测试蜡质区表面的粘附力和摩擦力,并与不同粗糙度的抛光纸表面做对照。考虑到表面物理化学性质对其粘附特性的重要影响,利用接触角测量仪测量蜡质区表面和同粗糙度范围抛光纸表面对水和二碘甲烷的表观接触角并利用二滴法计算其表面能。研究结果表明:蜡质滑移区表面单个蜡质晶体具有力学稳定性,不会因脱落而污染昆虫的粘附器官,污染学说不成立;表面微粗糙度能有效地减小界面间的接触面积,降低了蜡质滑移区表面的粘附力和摩擦力;蜡质滑移区超疏水特性和低表面能是降低表面粘附力和摩擦力的另一个重要因素,两者共同作用形成了猪笼草蜡质滑移区的反粘附特性。

关键词：猪笼草反粘附粗糙度超疏水低表面能

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缺陷对石墨烯摩擦性能影响的分子动力学研究

摩擦学学报 2016年第5期36卷 599-605页

作者：王玉娟李志翔毕可东杨决宽陈云飞东南大学机械工程学院南京211189 江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室南京211189

采用分子动力学方法模拟硅探针在空位缺陷和Stone-Wales(SW)缺陷石墨烯上的滑移过程,研究空位缺陷和SW缺陷对石墨烯摩擦力的影响.研究结果表明:两种缺陷石墨烯摩擦力大于完美石墨烯,空位缺陷使石墨烯界面势垒增大导致能量耗散增加,摩擦... 详细信息

采用分子动力学方法模拟硅探针在空位缺陷和Stone-Wales(SW)缺陷石墨烯上的滑移过程,研究空位缺陷和SW缺陷对石墨烯摩擦力的影响.研究结果表明:两种缺陷石墨烯摩擦力大于完美石墨烯,空位缺陷使石墨烯界面势垒增大导致能量耗散增加,摩擦力增大;SW缺陷使石墨烯表面形成凸起,阻碍探针滑移,摩擦力增大.空位缺陷石墨烯平均摩擦力随缺陷浓度的增加而增加,Y向空位缺陷石墨烯平均摩擦力大于X向,这都是由空位陷处能量势垒和缺陷与探针切向作用距离共同决定的.SW2型缺陷石墨烯摩擦力大于SW1型,X向SW2型缺陷石墨烯摩擦力大于Y向SW2型,因为存在相邻五边形碳原子环结构的石墨烯表面更容易产生凸起,摩擦力较大.以上研究结果完善了缺陷石墨烯的摩擦机制,对设计和开发石墨烯微纳器件提够了理论依据和指导.

关键词：分子动力学空位缺陷石墨烯 Stone-Wales(SW)型缺陷石墨烯摩擦力