Abstrakt

Wärmetransport in mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren

Hirakjyoti Das

Studien zur Wärmeleitung in nanodimensionalen Strukturen haben viel Interesse geweckt, nicht nur wegen des geometrieabhängigen Wärmetransports, sondern auch wegen der scheinbar steuerbaren Wärmeableitung in begrenzten Bereichen, einschließlich der Rolle von Defekten und Fremdatomen. Bei der Reduzierung der Strukturgröße von der Masse auf die Nanodimension wird es zu einer erheblichen Veränderung der spezifischen Wärmekapazität kommen. Die Wärmeleitfähigkeit ist also in verschiedenen Temperaturbereichen unterschiedlich und nähert sich bei Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) einem Maximalwert von 300 K. Es ist zu beachten, dass der Gitterbeitrag in einem 1D-System im Gegensatz zum elektronischen Beitrag zur spezifischen Wärmekapazität als ~T variiert (im Vergleich zum ~T3-Trend für ein 3D-System). Obwohl theoretisch und praktisch Wärmeleitfähigkeitsmessungen für SWCNT durchgeführt wurden, wurden keine derartigen theoretischen Arbeiten für doppel- und dreiwandige Kohlenstoffnanoröhren durchgeführt. Wir haben zunächst die theoretische Berechnung der Wärmeleitfähigkeit von DWCNT und TWCNT durchgeführt, die mit den experimentellen Beobachtungen übereinstimmt. Das Neue an unserer Arbeit ist, dass wir zuerst herausgefunden haben, dass mit zunehmender Anzahl von Wänden in CNT von einfach über doppelt bis dreifach die Wärmeleitfähigkeit aufgrund der Van-der-Waals-Wechselwirkung zwischen den Atomen verschiedener Wände abnimmt. Wir sehen, dass die Wärmeleitfähigkeit von einwandigen CNT sehr hoch ist (~3500 WmK-1), bei doppelwandigen CNT jedoch auf ~700 WmK-1 sinkt. Dieser Abfall ist auf eine inkohärente Wärmeableitung zurückzuführen, die hauptsächlich auf die Van-der-Waals-Wechselwirkung zwischen den Atomen verschiedener koaxialer Wände zurückzuführen ist.