碳化硅中点缺陷对热传导性能影响的分子动力学研究

作者：王甫; 周毅; 高士鑫; 段振刚; 孙志鹏; 汪俊; 邹宇; 付宝勤^*

来源：Acta Physica Sinica, 2022, 71(03): 249-255.

• 碳化硅
• 热导率
• 分子动力学
• 点缺陷

碳化硅(SiC)由于性能优异,已广泛应用于核技术领域.在辐照环境下,载能入射粒子可使材料中的原子偏离晶体格点位置,进而产生过饱和的空位、间隙原子、错位原子等点缺陷,这些缺陷将改变材料的热物性能,劣化材料的服役性能.因此,本文利用平衡分子动力学方法(Green-Kubo方法)采用Tersoff型势函数研究了点缺陷对立方碳化硅(β-SiC或3C-SiC)热传导性能的影响规律.研究过程中考虑的点缺陷包括:Si间隙原子(SiⅠ)、Si空位(SiⅤ)、Si错位原子(SiC)、C间隙原子(CⅠ)、C空位(CⅤ)和C错位原子(CSi).研究结果表明,热导率(λ)随点缺陷浓度(c)的增加而减小.在研究的点缺陷浓度范围(点缺陷与格点的比例范围为0.2%—1.6%),额外热阻率(ΔR-Rdefect-Rperfect,R=1/λ,Rdefect为含缺陷材料的热阻率,Rperfect为不含缺陷材料的热阻率)与点缺陷的浓度呈线性关系,其斜率为热阻率系数.研究表明:空位和间隙原子的热阻率系数高于错位原子的热阻率系数;高温下点缺陷的热阻率系数高于低温下点缺陷的热阻率系数;Si空位和Si间隙原子的热阻率系数高于C空位和C间隙原子的热阻率系数.这些结果有助于预测及调控辐照条件下碳化硅的热传导性能.

• 单位
  辐射物理及技术教育部重点实验室; 四川大学; 中国核动力研究设计院