Дипломная работа на тему "ТЮМГУ | Особенности теплопереноса в микро- и наносистемах"

Работа на тему: Особенности теплопереноса в микро- и наносистемах
Оценка: отлично.
Оригинальность работы на момент публикации 50+% на антиплагиат.ру.
Ниже прилагаю все данные для покупки.
https://studentu24.ru/list/suppliers/Anastasiya1---1326

Описание работы

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ
Кафедра прикладной и технической физики

РЕКОМЕНДОВАНО К ЗАЩИТЕ В ГЭК

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
бакалаврская работа
ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОПЕРЕНОСА В МИКРО- И НАНОСИСТЕМАХ

03.03.02 Физика
Профиль «Фундаментальная физика»

Тюмень 2022 год

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. КЛАССИЧЕСКАЯ ТЕПЛОФИЗИКА 7
1.1 ЧТО ТАКОЕ ТЕПЛОФИЗИКА И ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС? 7
1.2 НОСИТЕЛИ ЭНЕРГИИ 8
1.3 ЗАКОН ФУРЬЕ 8
1.4 ЗАКОН СТЕФАНА БОЛЬЦМАНА 9
1.5 ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОПЕРЕНОСА НА МАКРОМАСШТАБАХ 9
ГЛАВА 2. НАНОМИР И ОБЪЕКТЫ НАНОТЕПЛОФИЗИКИ 11
2.1 МИР НАНОМАСШТАБА 11
2.2 ОБЪЕКТЫ НАНОТЕПЛОФИЗИКИ 11
2.3 МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ 13
2.4 НАНОПРОВОЛОКИ 13
ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОФИЗИКИ НАНОМИРА 15
3.1 ОСОБЕННОСТИ КИНЕТИКИ ПЕРЕНОСА ТЕПЛА В НАНОСТРУКТУРАХ 15
3.2 МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕНОСА ТЕПЛА 15
3.3 ПРЕДЕЛ ТЕПЛОПЕРЕНОСА В НАНОСТРУКТУИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛАХ 17
3.4 ФОНОНЫ И ИХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР 19
3.5 ТЕПЛОЁМКОСТЬ В НАНОСТРУКТУРАХ 19
3.6 ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ В НАНОСТРУКТУРАХ 20
3.7 ОБЩЕЕ СООТНОШЕНИЕ ДЛЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ 21
3.8 ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ 1D-НАНОСТРУКТУР 22
3.9 ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ 2D-НАНОСТРУКТУР 23
ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОЁМКОСТИ И ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ
НАНОПРОВОЛОК 25
4.1 ПРИКЛАДНОЕ ЗНАЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕПЛОЁМКОСТИ И ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ 25
4.2 ТЕПЛОЁМКОСТЬ НАНОПРОВОЛОК 26
4.3 ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ НАНОПРОВОЛОК 30
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 33
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 35

ВВЕДЕНИЕ
Первые зачатки нанотехнологий возникли ещё в 1974 году, понятие нанотехнологий употребил Норио Танигути, в его понимании нанотехнологии означали производство изделий размером порядка несколько нанометров. С того времени нанотехнологии сделали скачок в науке и внесли большой вклад в развитие окружающего мира.
Создание и разработки разнообразных наносистем и нанообъектов, таких как: нанопроволочных сверхрешеток, нанотрубок, выявили не только некоторое множество новых задач, связанных с тепловыми свойствами таких систем, но и показали множество противоречий при использовании описания тепловых свойств данных систем на базе классических закономерностей. Как оказалось, наномир богат новыми неожиданными закономерностями и явлениями, которые связаны с размерными эффектами. В последнее время с завидной скоростью развивается наноэлектроника, также нанотехнологии находят своё применение в транспорте, ракетно-космической технике, прикладной химии, появились и активно исследуются такие объекты, как наножидкости и нанокомпозиты, которые могут использоваться в качестве новых рабочих жидкостей в различных энергетических установках.
Одной из главных направлений нанотехнологий, где теплоперенос играет не последнюю роль, является наноэлектроника. Стремление уменьшить всё, что нас окружает, ведёт к созданию чипов порядка не более квадратных сантиметров с огромным уровнем наполнения различных транзисторов, число транзисторов может доходить до сотен миллионов, такая плотность наполнения транзисторами возможна, если элементы схемы имеют размер порядка 10 нм. Но при такой плотности возникает одна из проблем, а именно энергетическая проблема, если не решить эту проблему, то выработка тепловой энергии приведёт к неправильному функционирования чипа и сокращению его срока эксплуатации. Большую опасность также представляют горячие пятна на чипе, они представляют собой области сильного тепловыделения и повышения температуры. На наномасштабе возникает проблема и теплопереносом внутри
нанотранзисторов. Данные проблемы можно решить с помощью систем охлаждения с высокой эффективностью для интегральной схемы. Это приведёт к разработке концептуально новых систем охлаждения, например, на базе наноэлектрических материалов. В НОЦ «Нанотехнологии» ТюмГУ есть схожая проблема, связанная с перегревом мемристорных микросхем, эта проблема, как и все остальные, нуждается в решении.
Были проведенные уже несколько работ НОЦ «Нанотехнологии» ТюмГУ связанных с мемристорами, а именно был взят мемристорно-диодный микрочип для описания тепловых свойств и построения теплофизической модели. Проблема заключается в том, что при моделировании тепловых процессов использовались данные без поправок на наномасшаб, а как будет позже изложено, наномасштаб вносит свои особенности и поправки для основных теплофизических величин, которые, конечно же, надо учитывать. К примеру, при уменьшении размеров теплопроводность тоже уменьшается в сравнении с объёмными образцами, а теплоёмкость в сравнении с этими же объёмными образцами только увеличивается, все эти поправки необходимо учитывать.
Перспективность разработок различных исследований, создания и разработка всевозможных неповторимых устройств так же привлекают внимание различных научных сотрудников, ведь новые изобретения, которые были бы более маленького размера, но при этом обладали бы новыми возможностями, параметрами и, возможно, закономерностями, всегда интересны. По нанотехнологиям в современное время в открытом доступе сейчас можно найти множество различной научной литературы. Ежегодно делаются и публикуются различные статьи и научные журналы, связанные с нанотехнологиями. Нанотеплофизика в этом плане не является исключением, особенно за рубежом периодически выпускается очень много литературы на английском языке от различных авторов, где приведены некоторые исследования и показаны новые закономерности. Уже в некоторые коммерческие компании водятся новые изобретения, сделанные на основе различных исследований. Всё это только в очередной раз подчёркивает важность продолжения исследований в нанотеплофизике.
Цель: Изучить особенности теплоёмкости и теплопроводности нанопроволок, чтобы предоставить полученные данные о особенностях теплоёмкости и теплопроводности нанопроволок для изучения теплофизических свойств мемристорных микросхем.
Задачи:
1) Написать программу для расчёта теплоёмкости и получения зависимости теплоёмкости от диаметра кремниевой нанопроволоки.
2) Сравнить теоретическую зависимость теплоёмкости от диаметра нанопроволок с экспериментальной.
3) Сравнить зависимости теплоёмкости от диаметра нанопроволок разных веществ.
4) Написать программу для расчёта теплопроводности и получения зависимости теплопроводности от температуры кремниевых нанопроволок с различными диаметрами.
5) Сравнить теоретическую зависимость теплопроводности от температуры нанопроволок при различных диаметрах с экспериментальным графиком.
6) Сравнить зависимости теплопроводности от температуры нанопроволок разных веществ.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1) Дмитриев А.С. Ведение в нанотеплофизику. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2019. 790 с.
2) Кислицын А.А. Основы теплофизики. Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2002. 152 с.
3) Андриевский Р.А. Основы наноструктурного материаловедения. Возможности и проблемы. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2020. 255 с.
4) Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика часть 1. М.: Наука. 1976. 584 с.
5) Займан Дж. Электроны и фононы. М.: Издательство иностранной литературы, 1962. 488 с.
6) Киттель Ч. Введение в физику твёрдого тела. М.: Наука, 1978. 789 с.
7) Головин Ю.И. Введение в нанотехнологию. М.: Машиностроение, 2007. 496 с.
8) Григорьев И.С., Мейлихов Е.З. Физические величины: Справочник. М.:
Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.
9) Созонов М. В. Теплофизическая модель мемристорно-диодного микрочипа / М. В. Созонов, А. Н. Бусыгин, А. Н. Бобылев, А. А. Кислицын // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2021. Т. 7. № 4 (28). С. 62–78.
10) Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Физическая кинетика. М.: Наука, 1979.
11) Гуревич В.Л. Кинетика фононных систем. М.: Наука, 1980. 400 с.
12) Петров Ю.И. Физика малых частиц. М.: Наука, 1982. 359 с.
13) Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат, 1979.
14) Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергоатомиздат, 1981. 415 с.
15) Займан Дж. Принципы теории твёрдого тела. М.: Мир, 1979. 416 с.