低維材料熱物理

前言

　　低維材料是指材料至少在一個(gè)方向因尺度效應(yīng)使其性質(zhì)發(fā)生變化的一類材料，如二維材料微／納米薄膜、一維材料納米管／線、零維材料納米顆粒以及相關(guān)復(fù)合材料。尺度效應(yīng)以及特殊制備方法形成的特殊結(jié)構(gòu)，使低維材料具備許多不同于相應(yīng)體材料的特異物理行為和物理性質(zhì)，而這些決定著低維材料的應(yīng)用。同樣，低維材料的熱物理行為和熱物理性質(zhì)相對(duì)于體材料表現(xiàn)出特異性。考慮到低維材料熱物理研究正成為世界范圍內(nèi)的一個(gè)新的研究前沿，而用以分析和研究低維材料熱物理的理論方法、實(shí)驗(yàn)技術(shù)乃至研究對(duì)象，對(duì)于大多數(shù)熟悉傳統(tǒng)材料或熱物理的研究人員和青年學(xué)生來(lái)說(shuō)相對(duì)陌生，而目前國(guó)內(nèi)外又沒(méi)有全面介紹這方面內(nèi)容的著作，為適應(yīng)該領(lǐng)域的迅速發(fā)展需要，編著者根據(jù)自身多年來(lái)在國(guó)內(nèi)外工作中對(duì)低維材料熱物理研究的心得，結(jié)合數(shù)十種國(guó)際著名刊物、會(huì)議論文集及書籍進(jìn)行了總結(jié)，希望提供一本能滿足上述需求和相對(duì)系統(tǒng)的著作。本書將突出介紹低維材料熱物理性質(zhì)特有的基本理論和實(shí)驗(yàn)研究方法。全書結(jié)構(gòu)安排如下：第一章簡(jiǎn)要介紹三維材料的熱物理性質(zhì)一般規(guī)律和常用測(cè)試技術(shù)，幫助讀者對(duì)材料熱物理研究快速入門；第二章介紹低維材料內(nèi)的熱輸運(yùn)過(guò)程，這是決定低維材料熱物理性質(zhì)的基本理論；第三章至第五章分別介紹二維材料、一維材料和零維材料的熱傳導(dǎo)性質(zhì)。

內(nèi)容概要

本書將突出介紹低維材料熱物理性質(zhì)特有的基本理論和實(shí)驗(yàn)研究方法。全書結(jié)構(gòu)安排如下：第一章簡(jiǎn)要介紹三維材料的熱物理性質(zhì)一般規(guī)律和常用測(cè)試技術(shù)，幫助讀者對(duì)材料熱物理研究快速入門；第二章介紹低維材料內(nèi)的熱輸運(yùn)過(guò)程，這是決定低維材料熱物理性質(zhì)的基本理論；第三章至第五章分別介紹二維材料、一維材料和零維材料的熱傳導(dǎo)性質(zhì)；第六章介紹低維材料的比熱容；第七章介紹低維材料的熱膨脹性質(zhì)；第八章介紹低維材料的熱發(fā)射性質(zhì)；第九章介紹低維材料的熱電性質(zhì)；第十章介紹低維材料熱物性的理論分析方法。該書是我國(guó)第一本專題介紹低維材料熱物理性質(zhì)的著作，而同類書籍往往著墨于微/納米尺度傳熱、納米結(jié)構(gòu)輸運(yùn)等等，相比而言，本書可讀性更強(qiáng)，更切合實(shí)際。

書籍目錄

第一章  三維材料熱物理性質(zhì)概述  1.1  引言  1.2  固體材料熱物理性質(zhì)研究的科學(xué)內(nèi)涵  1.3  固體材料的熱傳導(dǎo)性質(zhì)    1.3.1  固體熱傳導(dǎo)機(jī)理概述    1.3.2  影響材料導(dǎo)熱系數(shù)的物理和化學(xué)因素    1.3.3  材料導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試方法    1.3.4  應(yīng)用導(dǎo)熱性質(zhì)研究材料顯微結(jié)構(gòu)和組織變化的若干實(shí)例  1.4  固體材料的比熱容    1.4.1  基本理論概述    1.4.2  電子比熱容    1.4.3  磁比熱容    1.4.4  比熱容的實(shí)驗(yàn)研究    1.4.5  比熱容測(cè)試方法  1.5  固體材料的熱膨脹性質(zhì)    1.5.1  基本理論概述    1.5.2  熱膨脹性質(zhì)與其他物性的關(guān)聯(lián)性及影響因素    1.5.3  計(jì)算熱膨脹系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)方程    1.5.4  熱膨脹系數(shù)測(cè)試方法  1.6  固體材料的熱發(fā)射性質(zhì)    1.6.1  概述    1.6.2  固體熱發(fā)射率變化規(guī)律及其影響因素    1.6.3  熱發(fā)射率測(cè)試方法  參考文獻(xiàn)第二章  低維材料內(nèi)的熱輸運(yùn)過(guò)程  2.1  概述  2.2  熱載流子與能級(jí)    2.2.1  熱載流子    2.2.2  能級(jí)  2.3  輸運(yùn)理論概述    2.3.1  玻爾茲曼方程的簡(jiǎn)單推導(dǎo)    2.3.2  弛豫理論    2.3.3  統(tǒng)計(jì)分布    2.3.4  熱輸運(yùn)方程  2.4  尺度和邊界效應(yīng)  2.5  二維材料內(nèi)的熱輸運(yùn)過(guò)程    2.5.1  平行于邊界方向    2.5.2  垂直于邊界方向  2.6  一維材料內(nèi)的熱輸運(yùn)過(guò)程  2.7  零維材料的熱輸運(yùn)過(guò)程  參考文獻(xiàn)第三章  微/納米薄膜的熱傳導(dǎo)性質(zhì)  3.1  概述    3.1.1  薄膜制備方法    3.1.2　薄膜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)　3.2　幾類常見薄膜的熱傳導(dǎo)特點(diǎn)　　3.2.1　金屬薄膜　　3.2.2　介電薄膜　　3.2.3　超導(dǎo)薄膜　　3.2.4　超晶格結(jié)構(gòu)　3.3　穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法　　3.3.1　懸膜法　　3.3.2　微橋法　　3.3.3　雙熱偶法　……第四章  納米管/線的熱傳導(dǎo)性質(zhì)第五章  納米顆粒復(fù)合物的熱傳導(dǎo)性質(zhì)第六章  低維材料的比熱容第七章  低維材料的熱膨脹性質(zhì)第八章  低維材料的熱發(fā)射性質(zhì)第九章  低維材料的熱電性質(zhì)第十章  低維材料熱物性的分子動(dòng)力學(xué)模擬方法基本符號(hào)表

章節(jié)摘錄

　　關(guān)于熱輻射本質(zhì)的理論，最早提出的“微粒說(shuō)”，不能解釋“繞射”現(xiàn)象和光譜中的光色問(wèn)題，隨后麥克斯威爾根據(jù)電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)理論提出了“電磁波動(dòng)說(shuō)”，但也不能解釋輻射的所有現(xiàn)象。于是，根據(jù)20世紀(jì)初普朗克創(chuàng)建的“量子說(shuō)”，在“能”的觀點(diǎn)上修改了過(guò)去的“微粒說(shuō)”，認(rèn)為單色光是由一群能量子即光子組成的，從而對(duì)“光電效應(yīng)”、光譜中輻射能量的分布作出了解釋。但是，至今只用一種理論還不能解釋輻射的所有現(xiàn)象。輻射既具有波動(dòng)特性，又具有量子特性。目前，除了“光電現(xiàn)象”以及光譜中輻射能分布等輻射現(xiàn)象外，對(duì)于其他許多輻射現(xiàn)象，一般都仍用波動(dòng)說(shuō)理論來(lái)解釋?！　∥镔|(zhì)的熱發(fā)射率e是表征物質(zhì)輻射能力強(qiáng)弱的一個(gè)參數(shù)。它被定義為物質(zhì)在一定溫度下所輻射的熱能與黑體在同溫度下所輻射的能量之比值。e值除了與物質(zhì)結(jié)構(gòu)、組分等有關(guān)外，在很大程度上還取決于物體的表面狀態(tài)。因此，嚴(yán)格地說(shuō)，材料的熱發(fā)射率不同于導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù)，它不是表征物質(zhì)屬性的一個(gè)物理量。但如果物體的表面是高度拋光的潔凈光學(xué)表面，則它的熱發(fā)射率才是一個(gè)物理量?！　〔牧系臒岚l(fā)射率e隨不同波長(zhǎng)和發(fā)射方向而變化，并分別稱為半球向發(fā)射率eH、法向發(fā)射率eN、定向發(fā)射率eθ，全（波長(zhǎng)）發(fā)射率、單色（光譜）發(fā)射率eλ等，材料的熱發(fā)射性質(zhì)，除熱發(fā)射率外，還應(yīng)包括吸收率口、反射率等，并且亦隨不同波長(zhǎng)和方向而變化，因此亦有α、β等派生的參數(shù)。在研究材料的熱發(fā)射性質(zhì)及其測(cè)試方法時(shí)常用的熱輻射基本定律主要有普朗克定律，斯蒂芬一玻爾茲曼定律、基爾霍夫定律和朗伯定律?！　?．6．2固體熱發(fā)射率變化規(guī)律及其影響因素　　材料的熱發(fā)射率在很大程度上取決于它的表面狀態(tài)，包括表面粗糙度、氧化程度、污染和損傷情況等，其對(duì)材料熱發(fā)射率的影響程度，不僅取決于材料的類型，而且還和材料所處的溫度有關(guān)。一般而言，表面狀態(tài)對(duì)金屬材料熱發(fā)射率的影響比較大，在不同溫度下幾乎都是如此。室溫下表面狀態(tài)對(duì)非金屬材料的熱發(fā)射率的影響不明顯。非金屬物質(zhì)表面即使顏色和粗糙度發(fā)生變化，在常溫下的熱發(fā)射率一般都大于0．85。

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