Author: Pol Torres AlvarezPublisher:
ISBN: 9788449076534
Category :
Languages : en
Pages : 187
Book Description
La majoria dels aparells electrònics utilitzats avui en dia tenen components basats en materials semiconductors, els quals poden ser utilitzats en un ampli rang d'aplicacions, des de transistors fins a generadors termoelèctrics o fotovoltaics. Per tal de millorar el rendiment d'aquests aparells i reduir-ne la mida és necessari conèixer la física dels materials que el formen. Quan la mida es redueix, les propietats físiques dels materials canvia, i en especial la transferència de calor a través dels dispositius. Canvis en la temperatura poden afectar directament totes les altres propietats físiques. En aquesta tesi, el transport tèrmic és analitzat des de material bulk (mides grans) fins la nanoescala sota diferents aproximacions utilitzant primers principis. Per una banda, la conductivitat tèrmica en bulk s'estudia en el marc cinètic-col·lectiu, on l'equació de transport de Boltzmann (BTE) per fonons es soluciona en el model de Guyer i Krumhansl. Aquesta solució es coneguda com Kinetic Collective Model (KCM, model cinètic col·lectiu). El KCM, el qual separa la conductivitat tèrmica en una contribució cinètica i una col·lectiva, ha permès obtenir la conductivitat tèrmica d'un gran nombre de semiconductors, coincidint perfectament amb altres solucions actuals de la BTE, i el que és més important, amb dades experimentals. Per altra banda, per mostres de mida petita, s'han considerat dues aproximacions per estudiar els efectes de la superfície. En primer lloc s'ha utilitzat una aproximació cinètica-col·lectiva. En aquest cas, en el règim cinètic, els efectes de superfície es consideren com un mecanisme microscòpic de col·lisions, mentre que en el règim col·lectiu es calculen tenint en compte consideracions hidrodinàmiques. La limitació d'aquesta aproximació per geometries complexes ha promogut el desenvolupament del segon cas: un marc completament hidrodinàmic de transport tèrmic. Una equació hidrodinàmica de transport s'ha desenvolupat a partir del model de Guyer i Krumhansl i de la termodinàmica irreversible estesa (EIT). Aquesta equació hidrodinàmica s'ha utilitzat en primer lloc per estudiar geometries simples com nanofils amb un model de conductivitat tèrmica efectiva. A més, la utilització de condicions de contorn genèriques ha permès utilitzar la equació hidrodinàmica del KCM en càlculs d'elements finits per estudiar geometries complexes. Finalment s'ha fer un anàlisi de l'espectre de fonons i s'ha proposat la seva importància a l'hora de tractar processos transitori. Tots els temes tractats en aquesta tesi en l'àmbit del KCM s'han discutit i comprat amb altres models de transport tèrmic. Paral·lel al desenvolupament del model hidrodinàmic, les expressions de transport en l'aproximació de superfície cinètica-col·lectiva així com paràmetres hidrodinàmics s'han implementat en un software de codi lliure. Compartir el model com a eina per predir el transport tèrmic permetrà establir ponts entre la física del transport tèrmic des del punt de vista microscòpic al macroscòpic.
Author: Pol Torres Alvarez