Role of microstructure in porous silicon gas sensors for NO$_2$
由重掺杂p型硅制备的多孔硅的电导率对NO $_2$非常敏感，即使在低于100 ppb的浓度下也是如此。然而，灵敏度强烈依赖于多孔微观结构。敏感和不敏感的样品之间的结构差异是独立确认的显微镜图像和光散射行为。改变结构的一种方法是通过改变电化学溶液的组成。我们已经发现，使用HF浓度水平在13%和15%之间的乙酸溶液获得最佳结果。
2003-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Mode- and Space- Resolved Thermal Transport of Alloy Nanostructures
纳米结构的半导体合金由于声子的散射而获得超低的热导率，具有宽范围的平均自由程（MFP）。在这些材料中，长MFP声子分散在纳米尺度的边界，而短MFP高频声子被合金化引入的无序点缺陷所阻碍。虽然这一趋势已被简化的分析和数值方法所证实，但从头算空间分辨方法仍然难以捉摸。为了填补这一空白，我们计算的导热系数降低多孔合金通过求解模式分辨玻尔兹曼输运方程的声子使用有限体积法。我们分析了不同的合金，长度尺度，浓度和温度，在整个配置空间的热导率获得了非常大的减少。例如，对于孔隙率为25%的Al $_{0.8}$ In $_{0.2}$ As，发现约97%的减少。此外，我们采用这些模拟来验证我们最近引入的“弹道修正模型”（BBM），这是一种使用块体合金的特征MFP和材料的长度尺度来估计有效热导率的方法。然后，该模型被用来提供设计合金基纳米结构的指导原则。值得注意的是，它阐明了多孔合金，如Si $_{x}$ Ge $_{1-x}$如何获得比多孔Si或Ge更大的热导率降低，同时也解释了为什么我们不应该期望在合金中有类似的行为，如Al $_{x}$ In $_{1-x}$ As。通过考虑不同尺度下散射的协同作用，我们为超低热导率材料的设计提供了一条途径。
2022-03-24 cond-mat.mtrl-sci
High proton conductivity through angstrom-porous titania
针对二维质子传导材料传导率低的问题，研究发现富空位二氧化钛单层在200℃时质子传导率超100 S cm-2且对氦气不渗透，归因于高钛空位密度，为氢基技术膜材料提供新方向。
2024-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Statistical reconstruction of three-dimensional porous media from two-dimensional images
提出了一种随机各向同性两相材料三维微结构的建模方法。实施该技术所需的信息可以从微结构的二维图像中获得。重建的模型与原始复合材料共享两点相关和弦分布函数。该方法的目的是生产模型的计算和理论预测随机材料的有效宏观性能（如导电性和导热性，渗透性和弹性模量）。为了测试该方法，我们重建的形态和预测的导电性众所周知的重叠球模型。计算结果与原始模型的数据吻合得很好。
1999-02-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Thermal transport properties of the nanocomposite system "porous silicon/ionic liquid"
本文通过光声法和差示扫描量热法研究多孔硅/离子液体纳米复合材料的热输运，发现其热导率相比原始多孔硅和离子液体分别提升两倍以上和八倍以上，为高效储能设备热管理提供新思路。
2022-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Molecular dynamics study of the effect of moisture and porosity on thermal conductivity of tobermorite 14 Å
采用ClayFF势的分子动力学模拟方法，研究了水分和孔隙率对雪硅钙石14 ~水泥石导热系数的影响。计算结果表明，导热系数随孔隙内质量含水率的增加而单调增加，线性拟合函数的斜率随孔隙率的增加而减小。同时，归一化的导热系数被发现增加按体积的水分含量呈指数增加。本文用多孔湿雪硅钙石14 <$m ~的声子态密度解释了单个原子和分子对热性质的贡献。研究结果可为水泥、混凝土等高保温材料的节能建筑设计提供参考。
2020-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Computational Characterization of the Recently Synthesized Pristine and Porous 12-Atom-Wide Armchair Graphene Nanoribbon
State University of Campinas（坎皮纳斯州立大学）；Federal University of Campina Grande（坎皮纳格兰德联邦大学）
本研究通过DFT与MD模拟系统表征本征及多孔12-AGNR的多维度性能，证实孔隙工程可有效调控其电子、光学、热学与力学特性，为其在纳米电子等领域的应用提供理论支撑。
2025-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Bottleneck Identification in Disordered Nanoporous Materials
纳米多孔材料是用于热电的有前景的平台，因为它们提供高热导率可调谐性，同时保持良好的电性能，这是高效热能转换的关键要求。了解孔排列对热传输的影响对于工程实际材料是至关重要的，其中孔无序是不可避免的。虽然在纳米结构中的热尺寸效应建模方面已经取得了相当大的进展，但由于准确结果所需的模拟时间缓慢，因此在大相空间上筛选此类材料仍然是一个挑战。我们使用密度泛函理论结合玻尔兹曼输运方程，计算无序多孔材料的热导率。通过利用图论和回归分析，我们确定了一组代表声子瓶颈的孔，并获得热传输的描述符，基于这些孔之间的孔-孔距离的总和。这种方法提供了一个简单的工具，以估计声子抑制在现实的多孔材料的热电应用，提高我们的理解无序材料中的热输运。
2017-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of graphene polymorphs and compounds: from C3N to graphdiyne lattices
为了找到碳基二维半导体，大量的实验和理论尝试已经产生了各种各样的石墨烯多晶型物，例如具有高度吸引人的物理和化学性质的碳氮化物、碳硼化物、石墨炔和石墨二炔2D材料。在这项研究中，通过进行广泛的非平衡分子动力学模拟，我们计算和比较了13个突出的碳基结构在不同长度和两个主要的手性方向的热导率。实验结果表明，C3 N、C3 B和C2 N的结构具有最高的导热系数，可以作为热管理系统的候选材料，以提高热耗散率。相比之下，通常石墨二炔晶格，特别是18-6-Gdy石墨二炔产生最低的热导率，这可能是热电应用的有前景的特征。作为一个显着的发现，我们可以建立导热系数和密度或基于碳的二维系统的杨氏模量之间的联系，这可以用来估计其他多晶型物的导热系数。这些结果可以提供一个全面的观点，无孔和非常多孔的碳基二维材料的热传输性能，并可用于未来的热管理设计的有用的指导。
2019-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric Properties of Nanoscale three dimensional Si Phononic Crystal
研究了具有球形孔的n型纳米级三维Si声子晶体的热电性能。利用密度泛函理论和弛豫时间近似下的Boltzmann输运方程研究了电子输运系数、电导率、Seebeck系数和电子热导率。结果表明，在室温（300 K）下，3D Si PnC的电子输运系数与Si相比变化不大，电导率和热导率随载流子浓度的变化分别降低0.26 ~ 0.41和0.39 ~ 0.55，Seebeck系数与体Si相近.然而，具有球形孔的3D Si PnCs的晶格热导率通过分子动力学方法计算降低了500倍，导致ZT为0.76，这是多孔Si的约30倍。这项工作表明，3D Si PnC是一个有前途的候选人，高效率的热电材料。
2014-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Unravelling Water Stability and Electrical Conductivity of 2D Layered Metal-Organic Frameworks in Aqueous Solutions
通过分子动力学模拟结合周期性电子结构计算，研究了二维层状导电Cu 3（HHTP）2和Cu 3（HTTP）2金属有机骨架的六边形一维孔道中界面水和受限水的结构、化学和动力学性质（HHTP= 2，3，6，7，10，11-六羟基苯并菲，HTTP = 2，3，6，7，10，11-六硫代苯并菲）。比较所研究的2D MOFs的体模型与板模型中的水吸附表明，水通过与有机连接体形成氢键而不是通过配位到配位不饱和的开放Cu 2+位点而优先吸附在骨架壁上。理论预测，在Cu 3（HTTP）2中，范德华相互作用更强，这有助于MOF保持其层状形态，允许非常少的水分子扩散到层间空间中。在这项工作中提出的数据是通用的，并有助于实施新的战略，以保持完整性，以及在水溶液中的多孔材料的导电性。
2020-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling Intrinsic Thermal Conductivity in Layered Conductive MOF Single Crystals
研究层状导电MOF单晶的内在热导率，发现其在π-π堆叠方向具有超低热导率，揭示结构模调和平面相关无序对声子散射的影响。
2026-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Large enhancement in thermal conductivity of solvent cast expanded-graphite/polyetherimide composites
我们在这项工作中证明，膨胀石墨（EG）可以导致通过溶剂浇铸技术制备的聚醚酰亚胺-石墨烯和环氧-石墨烯纳米复合材料的热导率非常大的增强。对于10重量%的组合物样品，实现了6.56 Wm-1 K-1的k值，表示比原始聚醚酰亚胺（k ~ 0.23 Wm-1 K-1）提高了~2770%。导热性的这种非凡增强被示出是由于在长的长度尺度上的连续石墨烯片的网络，由于石墨烯片在这种结处共价键合，导致弯曲/转弯处的低接触热阻。溶剂浇铸提供了在复合材料中保留膨胀石墨的多孔结构的优点，从而产生石墨烯和聚合物的上述高导热互穿网络。由于所涉及的力最小，溶剂浇铸也不会破坏膨胀石墨颗粒，从而允许在长的长度尺度上进行有效的热传递，进一步增强整体复合材料的热导率。与最近推出的有效介质模型的比较显示了一个非常高的预测值颗粒-颗粒界面电导，膨胀石墨复合材料的有效界面热传输提供了证据。使用场发射环境扫描电子显微镜（FE-ESEM）来提供对膨胀石墨复合材料中的互穿石墨烯-聚合物结构的详细理解。这些结果为实现高导热性聚合物复合材料开辟了新的途径。
2022-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Numerical simulation of thermal conductivity of stainless steel and Al-12Si powders for additive manufacturing
本文建立了一个颗粒在尺寸和空间坐标上随机分布的部分熔化粉末床的三维模型。对AISI 316L不锈钢和Al-12 Si粉末在真空、空气和氩气中的温度分布进行了数值模拟，分析了多孔介质中的非稳态传热。数值模型表明，在低导热系数的粉末如不锈钢的情况下，通过气相的热传递的效果很大。当孔隙率为65%或更高时，传热机理发生了急剧的变化，文献中常用的导热系数与孔隙率的线性关系变得不正确。讨论了固结系数和粒度分布对粉末有效传热的影响。所获得的有效热导率对孔隙率和固结系数的依赖性可用于增材制造应用中。
2022-02-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High piezoelectric sensitivity and hydrostatic figures of merit in unidirectional porous ferroelectric ceramics fabricated by freeze casting
采用冰模板法制备了具有定向孔隙率的高性能锆钛酸铅（PZT）陶瓷传感器。为了证明这些材料的增强性能和传感器和水听器应用的潜力，压电电压常数，流体静力学参数和AC电导率作为平行和垂直于冻结温度梯度的方向上的孔隙率的函数进行了研究。随着孔隙率水平的增加，PZT极化平行于冻结方向表现出最高的系数，和流体静力学品质因数相比，致密和PZT极化垂直于冻结方向。这项工作表明，通过冷冻铸造生产的具有对齐孔的压电陶瓷是一系列传感器应用的有前途的候选者，并且相对于冷冻方向的偏振取向可以用于定制传感器和流体静力学换能器应用的微观结构和优化灵敏度。
2019-02-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Quasi-Ballistic Thermal Conduction in 6H-SiC
电子器件的最小化使得相关设备的散热成为越来越大的挑战。当材料的尺寸小于声子平均自由程时，声子在没有内部散射的情况下传输，扩散热传导定律失效，导致有效热导率显著降低。本文首次报道了掺杂外延6 H-SiC和单晶多孔6 H-SiC在室温以下的热导率随温度的变化。在这些样品中观察到强烈的准弹道热传输，特别是在低温下。掺杂和结构边界被施加到调谐准弹道热输运，因为掺杂剂选择性地散射高频声子，而边界散射声子与长的平均自由程。观察到异常强的声子散射硼掺杂剂相比，氮掺杂剂。此外，在测量的热导率的数量级减少，观察到在低温下的多孔6 H-SiC相比，外延6 H-SiC。最后，第一性原理计算和一个简单的卡拉威模型建立理解测得的热导率。我们的工作揭示了对技术重要的宽带隙半导体（如6 H-SiC）中热传导的基本理解，并将影响6 H-SiC相关电子和设备的热管理等应用。
2021-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
TODD-Graphene: A Novel Porous 2D Carbon Allotrope for High-Performance Lithium-Ion Batteries
本研究通过密度泛函理论、AIMD和ReaxFF MD模拟，提出多孔二维碳同素异形体TODD-Graphene，其具有金属性、低扩散势垒和高导电性，有望成为高性能锂离子电池负极材料。
2023-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient calculations of the Mode-Resolved ab-initio thermal Conductivity in nanostructures
均质材料热输运的第一性原理计算已达到了显著的预测能力。然而，在纳米结构中确定性地建模声子输运提出了新的挑战;值得注意的是，它需要求解与离散布里渊和偏振中的波矢量组合的数量一样多的代数方程。我们发现，在玻尔兹曼输运方程（BTE）的弛豫时间近似，这个问题是通过插值的矢量声子平均自由程（MFP）空间中的声子分布解决。结构和模式分辨热传输之间的耦合的角度分辨体热导率和声子抑制功能，后者主要与材料的几何形状。我们的方法，被称为各向异性MFP-BTE（aMFP-BTE），允许快速和准确的热导率计算纳米材料的声子分支和波矢量的数量无关。此外，它与第一原理热传输计算自然融合，因此允许多尺度，无参数模拟。我们应用aMFP-BTE来计算多孔Si膜的模式分辨有效热导率，相对于没有插值的情况，实现了高达50倍的速度。所提出的方法解锁了新型纳米结构的工程，并应用于热电和热管理。
2021-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carbon ablators with porosity designed for enhanced aerospace thermal protection
多孔碳烧蚀材料为航空航天飞行器重返行星大气提供了经济有效的热防护。然而，探索更遥远的行星需要开发能够承受更强热辐射条件的烧蚀材料。在这里，我们报告了生物启发的多孔碳绝缘体的发展，其孔径被故意调整，以通过增加高温热辐射的散射来增强热屏蔽性能。孔隙尺寸的间隔，促进散射首先估计使用一个既定的模型，多孔绝缘体的热导率的辐射贡献。在此理论分析的基础上，我们确定了一种聚合物添加剂，通过酚醛树脂和乙二醇的混合物的聚合诱导相分离，能够形成所需尺寸范围内的孔。采用光学显微镜、电子显微镜、孔隙率仪和力学性能测试等方法对不同树脂配方制备的多孔绝缘子的结构和性能进行了表征。具有最佳散射范围内的孔径的绝缘体将多孔结构的激光诱导损伤减少高达42%，从而为碳烧蚀体的制造提供了一种有前途的和简单的路线，用于在高温下增强热保护。
2021-10-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Cepstral Analysis to accelerate Green-Kubo thermal conductivity calculations of Metal-Organic Frameworks
Institute of Solid State Physics, Graz University of Technology（格拉茨工业大学固体物理研究所）；Institute of Materials Chemistry, TU Wien（维也纳工业大学材料化学研究所）
针对金属有机框架热导率计算中统计噪声大、参数依赖性强的问题，提出倒谱分析与Green-Kubo模拟结合的方法，在缩短采样时间的同时获得稳定结果。
2026-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Irida-Graphene Phonon Thermal Transport via Non-equilibrium Molecular Dynamics Simulations
Federal University of Pernambuco（伯南布哥联邦大学）；Mackenzie Presbyterian University（麦肯锡浸信会大学）
本研究通过经典反应性分子动力学模拟探究新型二维碳同素异形体Irida-G的热输运特性，发现其室温本征热导率约215 W/mK，低于原始石墨烯，且具有各向同性和尺寸效应，在热管理领域有潜在应用价值。
2024-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Capturing the calendering U-shape in lithium-ion electrode thermal conductivity
VARTA Microbattery GmbH（VARTA微型电池有限公司）
研究锂离子电极压延对热导率的非单调影响，开发 Zehner--Bauer--Schlünder 模型的压延感知扩展，结合多孔介质基线与接触贡献，该模型在多种电极材料和压延状态下降低了预测误差，强调纳入微观结构演化的必要性。
2026-07-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Reduced-Order Model to Predict Thermal Conductivity of Dimensionally-Confined Materials
针对BTE计算开销大的问题，提出基于弹道修正模型(BCM)的解析降阶模型，用于预测尺寸受限纳米结构的热导率，与BTE模拟高度吻合，旨在加速热管理与能量转换材料的筛选。
2023-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal properties study of silicon nanostructures by photoacoustic techniques
本文提出了一种同时测量材料热物性的光声-压电检测方法。该方法是基于一个额外的热沉沉积在样品表面上的热通量的重新分配的解决方案。首先，该方法进行了测试的多孔硅具有明确的形态和良好的研究性质。然后，通过数值模拟恢复实验数据，研究了硅纳米线阵列的热容和热导率。随着样品厚度和孔隙率的增加，样品的热容和有效热导率降低。这种行为可能是由于结构异质性的增加而引起的。特别地，这可能与在厚层的蚀刻过程期间出现的较大的无序（断裂纳米线的密度增加和较大的孔隙率）有关。
2020-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Charge Transfer Induced Molecular Hole Doping into Thin Film of Metal-Organic-Frameworks
尽管金属有机框架（MOFs）具有非常大的表面积和高度多孔性，但由于其极差的导电性，其几乎不能用于电子和光电子器件。因此，需要电子输运或导电性与永久孔隙率相结合的MOF薄膜的研究是高度期望的。在目前的工作中，薄膜的Co 3（NDC）3DMF 4 MOFs与改进的电子导电性的合成使用逐层和刮刀涂布技术，然后碘掺杂。采用FE-SEM、EDX、UV/可见光谱、XPS、电流-电压测量、光致发光光谱、循环伏安法和入射光子电流效率测量对所制备的和掺杂的薄膜进行表征。此外，通过霍尔效应测试对薄膜的电子和半导体性质进行了表征，结果表明，与所制备的MOFs的绝缘体性质不同，碘掺杂的MOFs表现为p型半导体。这是由电荷转移诱导空穴掺杂到框架中引起的。基于密度泛函理论计算了所制备的和碘掺杂的MOFs的态密度，证实了所观察到的电荷转移诱导的空穴掺杂现象.光致发光光谱表明，二氧化钛和碘掺杂的MOFs之间的有效的界面电荷转移，这可以应用于收获太阳辐射。
2015-08-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
