B掺杂对金刚石热导率的影响

作     者：赵永生 阎峰云 刘雪 ZHAO Yongsheng;YAN Fengyun;LIU Xue

作者机构：兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050 兰州工业学院机电工程学院兰州730050 兰州理工大学石油化工学院兰州730050 

基　　金：甘肃省教育厅产业支撑计划项目(2021CYZC-34) 甘肃省高等学校创新基金(2021B-310) 

出 版 物：《材料导报》 (Materials Reports)

年 卷 期：2024年第38卷第20期

页      码：47-54页

摘      要：金属基金刚石复合材料因其高导热率和低热膨胀系数而备受关注,掺B被广泛应用于改性金刚石表面。因此,有必要深入探究B掺杂对金刚石导热特性的影响。通过第一性原理计算,系统研究了金刚石掺杂B后的多项关键性质,包括电子特性、晶格振动、热力学性能、晶格热导率、声子群速度、声子自由程和声子寿命等。结果显示,当B掺杂浓度为12.5%(如无特别说明,均为原子分数)时,金刚石的热传输特性发生显著改变,最大晶格热导率降至452 W·m^(-1)·K^(-1)。其主要原因是引入B原子后,形成的C-B化合键为弱极性,导致金刚石的晶格振动不协调,晶格振动的简并现象消失,这意味着金刚石晶体的动力学稳定性被破坏。同时,掺杂B导致金刚石内部声子自由程由10^(4)nm降低为10^(2)nm,声子寿命由80 ps缩短为6 ps。本研究揭示了掺杂B原子对金刚石导热特性的影响机制,可为材料设计和应用提供有益的理论指导。

主 题 词：金刚石 B掺杂 热导率 第一性原理 

学科分类：07[理学] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.11896/cldb.23080238

馆 藏 号：203147277...