氣體導熱微尺度效應的分子動力學模擬.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、隨著微電子技術以及微機械加工工藝的快速發(fā)展,常用的電子器件例如傳感器等開始向著微小型化發(fā)展。其中皮拉尼真空傳感器,其原理是依靠不同壓強下氣體的導熱量不同來測量氣壓的,廣泛應用于測量真空的系統(tǒng)以及設備中,但氣體在皮拉尼真空傳感器中的導熱規(guī)律尚不明確。分子動力學方法是一種在粒子領域,通過模擬系統(tǒng)中粒子的運動來計算系統(tǒng)的物理量的常用方法,目前已經廣泛應用在微納米尺度物質的熱物性研究。平衡態(tài)分子動力學方法以及非平衡態(tài)分子動力學方法大規(guī)模用于模擬

2、固體材料和流體的導熱特性,以及求解相關物理量。本文采用非平衡態(tài)分子動力學方法對微導熱間隙內氣體的熱導率進行模擬計算,分析與其相關的影響因素及關系,進而在設計皮拉尼真空傳感器時進行理論指導。
  本文闡述了分子動力學方法的理論基礎和模擬方法,根據皮拉尼真空傳感器的結構特點,建立了氮氣和氧氣在微導熱間隙內的導熱計算模型,運用非平衡態(tài)分子動力學方法,Lennard-Jones作用勢,編寫了適用于LAMMPS軟件的熱導率計算程序,并計算了

3、不同導熱間隙尺寸、不同溫度以及不同壓強下氧氣和氮氣的熱導率。
  根據皮拉尼真空傳感器的應用范圍以及實際計算能力,本文模擬計算的溫度范圍為300K至700K,導熱間隙尺寸范圍在17nm至102nm,模擬得到了微導熱間隙內氣體的熱導率與其影響因素的關系。結果表明,微導熱間隙內氣體的熱導率明顯小于宏觀條件下氣體的熱導率,氣體的熱導率隨著溫度的升高而增大,與宏觀條件下氣體的熱導率隨溫度變化的變化趨勢一致;微導熱間隙尺寸越小,氣體的熱導率

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