摘  要：利用第一性原理计算结合声子波尔兹曼输运方程，我们系统研究了双轴拉伸应变对于二维单层MoS2热导率的影响。拉伸应变的作用显著地削弱了单层MoS2的热导率。即使是中等程度的应变（例如2-4%的拉伸应变）也能导致热导率下降10-20%。更为有趣的是，热导率下降的速度是与MoS2的尺寸相关的。 尺寸越大的石墨烯，热导率下降也越快，原因在于不同尺寸的体系中起决定作用的声子散射机制是不同的。拉伸应变对于MoS2热导率的显著削弱作用意味着拉伸应变可以被用来调控MoS2的热电优值，以提高热电转换效率。93497

毕业论文关 键 词：二维材料，热导率，拉伸应变

Abstract：The effect of biaxial tensile strain on the thermal transport properties of MoS2 is investigated by combing first-principles calculations and the Boltzmann transport equation (BTE)。 The thermal conductivities of single layer MoS2 are found to be sensitively suppressed by the applied strains。 Even a moderate biaxial tensile strain, 2~4%, could result in a 10~20% reduction in the thermal conductivity。 Most interestingly, the reduction rate of thermal conductivity is size-dependent, which is due to different dominant phonon scattering mechanisms at different sizes of MoS2 samples。 The sensitive strain-dependence of thermal conductivity indicates that strain engineering could be an effective method to enhance the figure of merit for thermoelectric applications of MoS2。

Keywords：Two - dimensional material, thermal conductivity, tensile strain

目录

1  引言 4

1。1 MoS2概述 4

1。2 MoS2热导率研究进展 4

1。3 本文研究内容 5

2  方法 5

3  结果与分析 6

3。1 应变对热导率的削弱 6

3。2 应变对声子群速度的影响 7

3。3 应变对声子散射的影响 7

3。4 应变对声子寿命的影响 8

3。5 尺寸对热导率的影响 8

结  论 10

参 考 文 献 11

致  谢 14

1  引言

1。1 MoS2概述来自优I尔Q论T文D网WWw.YoueRw.com 加QQ7520~18766

三个原子层厚的MoS2[1] 是继石墨烯[2] 之后另一个吸引研究者兴趣的二维材料，结构图如图1所示。不同于半金属性（semimetallic）的石墨烯[3, 4]，单层MoS2是直接带隙半导体[1]，因而克服了石墨烯零带隙的缺点[5, 6]。此外，较高的载流子迁移率[7, 8]，近似完美的亚阈值摆幅（subthreshold swing）[7, 8]和稳定的饱和电流[7]使得MoS2非常有希望应用于纳米电子器件。实验也已经制备出基于MoS2的柔性电子器件[9]和集成电路[10]。此外，单层MoS2还显示出不同于体相MoS2的很强的光致发光效应，而体相MoS2中光致发光效应几乎可以忽略[11]。

图1。 MoS2结构图

1。2 MoS2热导率研究进展

虽然MoS2的电子性质和光学性质已被实验和理论研究者广泛关注和深入研究[5-13]，但对于其声子输运性质的研究则显示出众多的分歧。Yan等人利用拉曼光谱方法测量单层MoS2的热导率约为34。5 W/m-K[14]，而对11层的MoS2的测量发现其热导率大约为52 W/m-K[15]。此外，Li Shi等人的实验发现4-7层的MoS2的热导率大约为48-52 W/m-K[16]。而最新的热调制反射谱实现测量发现多层MoS2薄膜的热导率大约为85-110 W/m-K [17]。理论计算方面，Cai等人通过非平衡格林函数方法发现单层MoS2的热导率大约为23。2 W/m-K ，他们估计起决定性作用的声子自由程大约为18。1 nm[18]，此外，非平衡格林函数方法的理论研究也发现MoS2纳米带的热导率表现出手性依赖性[19]。而基于弛豫时间近似的波尔兹曼方程的计算发现尺寸为1μm的单层MoS2的热导率大约为83 W/m-K [20], 更精确的迭代方法给出的热导率约为103 W/m-K [21]。相比于波尔兹曼方法，分子动力学方法得到热导率则小的多，例如Varshney等人[22] 通过分子动力学模拟发现体相MoS2的面内热导率为18。06 W/m-K ，而对于单层无限大的MoS2，Liu等人的平衡态分子动力学模拟发现其热导率只有1。35 W/m-K[23]。 最近， Jiang等人[24] 给出了MoS2的Stillinger-Weber 型经验势的最优参数，基于这一组参数，他们的模拟发现单层MoS2的热导率仅有~5。5 W/m-K [24]。 同时，Jin 等人[25] 利用同样的参数却得到了不同的热导率，他们的模拟发现300K温度下MoS2的热导率高达116。8 W/m-K。分子动力学方法得到的热导率显示出非常大的差异，这主要是由于分子动力学的计算非常依赖原子间经验势的精确性。而基于第一性原理的波尔兹方程方法则不依赖于任何经验参数，通常具有更高的精确性。