Графеновая революция: Часть 2

Daniel Smith 27/03/2013
Share this on Facebook Share this on Twitter Share this on LinkedIn

В предыдущем топике обсуждались некоторые необычные свойства графена. Тот факт, что графен состоит из единственного слоя атомов означает, что аспектное отношение сторон любой структуры на основе графена может быть очень высоким. Высокие геометрические аспектные соотношения получаемых структур вызывают при моделировании целый ряд трудноразрешимых проблем.

Тепловое моделирование графена

Среда COMSOL предоставляет широкий выбор диапазон инструментов, способных помочь при моделировании особых областей с очень высоким аспектным отношением. Недавно, в среде COMSOL было выполнено термическое моделирование мозаичных графеновых структур, которое появилось в Nature Communications: "Мозаичные графеновые структуры для управления тепловым режимом GaN транзисторов большой мощности". Авторы статьи используют среду COMSOL Multiphysics для демонстрации того, что локальное тепловое управление гетеропереходом AlGaN/GaN полевого транзистора может быть существенно улучшено посредством введения дополнительных теплоотводящих каналов — поверхностных распределителей тепла — изготовленных из слоистого графена (few-layer graphene — FLG). Интерфейс

Теплопередача COMSOL Multiphysics позволяет вам моделировать очень высокое аспектное отношение объектов, используя функцию Высокопроводящий слой (Highly Conductive Layer) . Этот компонент позволяет решать уравнение теплопроводности только в касательной плоскости, таким образом избавляя от необходимости использовать очень мелкую сетку при высоком аспектном отношении слоев. При использовании такого подхода существенно сокращаются время вычислений и требования к памяти.

Окно настроек для функции Высокопроводящий слой
Окно настроек для функции Высокопроводящий слой.

Электрическое моделирование графена

Среда COMSOL была использована для исследования электрических характеристик графена еще в 2006 году. В данной статье ученые использовали среду COMSOL для вывода значений электропроводности композитного материала на основе графена как в плоскости слоя, так и в поперечном направлении. Предоставление тензорных величин электропроводности в среде COMSOL Multiphysics реализовано очень удобно. Вам просто нужно ввести элементы тензора проводимости, которые могут быть функциями температуры или любой другой величины.

Окно настроек для функции Сохранение тока в интерфейсе Электрические токи
В настройках окна функции Сохранение тока (Current Conservation) в интерфейсе Электрические токи, можно легко задать анизотропную электропроводность.

Структурное моделирование графена

Среда COMSOL может также использоваться для моделирования конструкционных применений графена. В этой статье ученые вычислили прогиб и деформацию в графеновой мембране, вызванные разностью давлений по различные стороны мембраны. Изменения в зонной структуре могут быть обнаружены электрически, что свидетельствует о возможности применении такого устройства в качестве сверхчувствительного датчика давления. Интерфейс Оболочка (Shell), имеющийся в модуле Механика конструкций, предназначен для структурного анализа тонкостенных конструкций и, следовательно, идеально подходит для таких применений. Формализм, использованный в интерфейсе Оболочка, представляет собой тип формулировки Миндлина-Рейсснера, что позволяет учитывать деформации поперечного сдвига. Это означает, что результаты с высокой степенью точности могут быть получены без применения сетки для очень тонкой структуры.

Окно настроек для материальной модели в интерфейсе Оболочка
Окно настроек для материальной модели в интерфейсе Оболочка.

Соответствующий пример

Теперь, когда мы ознакомились с концепциями теплового, электрического и структурного моделирования, вы могли бы задаться вопросом, а существует ли один большой пример, который демонстрирует все аспекты сразу. Такой пример есть — он располагается в Библиотеке приложений, а также приводится ниже.

Модель нагрева электрической цепи
Модель разонагревания электрической цепи накаливания, демонстрирующая концепции теплового, электрического и структурного моделирования.

В этом мультифизическом примере анализируется электрическое выделение тепла, теплообмен и механические деформации устройства в электрической цепи накаливания. Модель использует интерфейс Теплопередача соответствующего модуля в сочетании с интерфейсами Оболочка и Постоянный ток в проводящей среде (Conductive Media DC) из модуля AC/DC, и интерфейсами Твердое тело, Напряжения-Деформации и Оболочка из модуля Механика конструкций.


Теги

Графен
Загрузка комментариев...

Темы публикаций


Теги

3D печать Cерия "Гибридное моделирование" Введение в среду разработки приложений Видео Волновые электромагнитные процессы Глазами пользователя Графен Интернет вещей Кластеры Моделирование высокочастотных электромагнитных явлений на различных пространственных масштабах Модуль AC/DC Модуль MEMS Модуль Акустика Модуль Волновая оптика Модуль Вычислительная гидродинамика Модуль Геометрическая оптика Модуль Динамика многих тел Модуль Композитные материалы Модуль Коррозия Модуль Механика конструкций Модуль Миксер Модуль Нелинейные конструкционные материалы Модуль Оптимизация Модуль Плазма Модуль Полупроводники Модуль Радиочастоты Модуль Роторная динамика Модуль Теплопередача Модуль Течение в трубопроводах Модуль Трассировка частиц Модуль Химические реакции Модуль Электрохимия Модуль аккумуляторов и топливных элементов Охлаждение испарением Пищевые технологии Рубрика Решатели Серия "Геотермальная энергия" Серия "Конструкционные материалы" Серия "Электрические машины" Серия “Моделирование зубчатых передач” Сертифицированные консультанты Технический контент Указания по применению физика спорта