1.声子热导 在温度不太高时,光频支格波的能量是很弱的,因此在讨论热容时忽略了他的影 响。同样,在导热过程中,温度不太高时,也主要是声频支格波起作用。为了便 与讨论,我们引入“声子”的概念。 把格波的传播看成是质点-声子的运动,就可以把格波与物质的相互作用理解 为声子和物质的碰撞,把格波在晶体中的传播时遇到的散射看做是声子同晶体 中质点的碰撞,把理想晶体中热阻归结为声子-声子的碰撞
1. 声子热导 在温度不太高时,光频支格波的能量是很弱的,因此在讨论热容时忽略了他的影 响。同样,在导热过程中,温度不太高时,也主要是声频支格波起作用。为了便 与讨论,我们引入“声子”的概念。 把格波的传播看成是质点-声子的运动,就可以把格波与物质的相互作用理解 为声子和物质的碰撞,把格波在晶体中的传播时遇到的散射看做是声子同晶体 中质点的碰撞,把理想晶体中热阻归结为声子-声子的碰撞
格波的传播可看作质点-声子的运动,晶体热传导是声子碰撞的结果, 类似于气体热传导是气体分子碰撞的结果。 气体的热传导公式: 入= 3 vl 式中,C为单位体积气体分子(声子)的此热;为气体分子(声子)的运动速度;1为气体分子(声 子)的平均自由程; C在高温时,接近常数,在低温时它随T变化;声速)为一常数
格波的传播可看作质点-声子的运动,晶体热传导是声子碰撞的结果, 类似于气体热传导是气体分子碰撞的结果。 式中,C为单位体积气体分子(声子)的比热;υ为气体分子(声子)的运动速度;l 为气体分子(声 子)的平均自由程; C 在高温时,接近常数,在低温时它随T 3变化;声速υ为一常数。 气体的热传导公式:
声子的热传导公式: EC(v)vl(v)dv 此处认为,声子的速度仅与晶体密度和弹性力学性能有关,与角频率无关; 热容C和自由程1都是声子振动频率v的函数。 因此,声子自由程1是热传导过程的重要影响因素
声子的热传导公式: λ=1 3 �𝑑� �� �𝑣� �� �� 此处认为,声子的速度仅与晶体密度和弹性力学性能有关,与角频率无关; 热容 C 和自由程l 都是声子振动频率ν的函数。 因此,声子自由程 l 是热传导过程的重要影响因素。 E v =
声子自由程1:声子两次碰撞之间的距离。 很多晶体中热传递速度很迟缓,这是因为晶格热振动并非是线性的,晶格间有着 一定的耦合作用,声子间会产生碰撞,使声子的平均自由程减小,格波间相互作 用越强,声子间碰撞几率越大,相应的平均自由程越小,热导率也就越低。 声子间的散射是晶格中热阻的主要来源 声子间的碰撞 散射作用 缺陷、杂质、晶界散射
声子间的散射是晶格中热阻的主要来源 声子自由程l:声子两次碰撞之间的距离。 散射作用 声子间的碰撞 缺陷、杂质、晶界散射 很多晶体中热传递速度很迟缓,这是因为晶格热振动并非是线性的,晶格间有着 一定的耦合作用,声子间会产生碰撞,使声子的平均自由程减小,格波间相互作 用越强,声子间碰撞几率越大,相应的平均自由程越小,热导率也就越低
影响声子自由程1的其它因素 声子振动频率 频率越小,波长越长,格波越容易绕过缺陷,使自由程加大。 温度 温度升高,声子的振动能量加大,频率加快,碰撞机会多,自由程减小。 在高温下,最小的平均自由程等于几个晶格间距; L在低温下,最长的平均自由程可以达到晶粒尺度
影响声子自由程 l 的其它因素 声子振动频率 温度 频率越小,波长越长,格波越容易绕过缺陷,使自由程加大。 温度升高,声子的振动能量加大,频率加快,碰撞机会多,自由程减小。 在高温下,最小的平均自由程等于几个晶格间距; 在低温下,最长的平均自由程可以达到晶粒尺度