Книга: Дмитриев А. С. «Введение в нанотеплофизику»

Серия: "Нанотехнологии"

Эта книга - одна из первых в мировой литературе монографий, посвященных тепловым процессам в наномасштабных системах. В ней проанализированы классические и современные представления о теплофизике нанообъектов.
Рассмотрены механизмы переноса тепла в различных наноструктурах, методы вычисления теплопроводности, в том числе в нанопроволоках и нанотрубках, нанокомпозитах и наножидкостях. Проведен анализ радиационного теплопереноса на наномасштабах. Особое внимание уделено роли межфазных границ и влиянию размерных (классических и квантовых) эффектов, приводящих к особенностям и аномалиям теплопереноса. Отражено современное состояние интенсивно развивающихся областей теплофизики - нанотермогидродинамики и нанотермоэлектричества.
Для студентов, аспирантов и специалистов в области физики твердого тела, нанонауки и нанотехнологий, физики и техники низких температур, энергетики и теплофизики.

Содержание:

Введение...... 9 Глава 1. Классическая теплофизика...... 15 1. 1. Объекты и методы классической теплофизики. Носители энергии и их основные свойства...... 15 1. 2. Классическая термодинамика и статистика...... 17 1. 3. Перенос тепла в классической теплофизике...... 30 1. 4. Уравнения гидродинамики вязкой жидкости...... 42 1. 5. Уравнения конвективного переноса тепла...... 43 1. 6. Размерные эффекты в классической термогидродинамике...... 46 1. 7. Радиационный перенос тепла...... 51 1. 8. Основные ограничения классической теплофизики и новые подходы...... 57 Глава 2. Наномир и объекты нанотеплофизики...... 59 2. 1. Мир наномасштаба...... 59 2. 2. Объекты нанотеплофизики: наноструктуры и процессы в них...... 60 2. 3. Особенности теплофизики наномира...... 67 2. 4. Экспериментальные методы изготовления наноструктур...... 76 2. 5. Методы экспериментального исследования термодинамических и кинетических явлений в наноструктурах...... 81 Глава 3. Термодинамика наноструктур...... 90 3. 1. Носители энергии в конденсированных телах и газах...... 90 3. 2. Термодинамика наноструктур...... 90 3. 3. Внутренняя энергия и удельная теплоемкость наноструктур...... 94 3. 4. Теплоемкость нанотрубок...... 106 3. 5. Удельная теплоемкость 2D-графена и 3D-графита...... 108 3. 6. Удельная теплоемкость одностенных пучков нанотрубок и многостенных нанотрубок...... 111 3. 7. Неуглеродные нанотрубки...... 113 Глава 4. Кинетика переноса тепла в наноструктурах...... 115 4. 1. Особенности кинетики переноса тепла в наноструктурах...... 115 4. 2. Общие методы кинетики переноса тепла в различных приближениях...... 135 4. 3. Формализм Ландауэра...... 138 4. 4. Уравнение Больцмана...... 142 4. 5. Методы молекулярной динамики...... 163 4. 6. Фононная гидродинамика...... 174 Глава 5. Механизмы переноса тепла. Теплопроводность и теплопроводимость...... 179 5. 1. Теплопроводность в наноструктурах...... 179 5. 2. Теплопроводность 1D- и квази-1D-наноструктур...... 183 5. 3. Теплоперенос в нанотрубках...... 231 5. 4. Квантовый перенос тепла...... 250 5. 5. Теплопроводность 2D-наноструктур...... 261 5. 6. Пределы теплопроводности...... 290 Глава 6. Граничное термосопротивление в наноструктурах...... 294 6. 1. Общие представления...... 295 6. 2. Вычисление граничного термосопротивления...... 301 6. 3. Термосопротивление в наноструктурах...... 309 6. 4. Термосопротивление в наноструктурах. Мультисвязи...... 342 6. 5. Контактное термосопротивление в нановолокнах...... 355 6. 6. Термическое сопротивление в мезоструктурах. Вклад многократного отражения фононов...... 358 6. 7. Термическое контактное сопротивление на сетке случайных наноконтактов...... 367 6. 8. Контактное термическое сопротивление в других наноинтерфейсах...... 370 Глава 7. Термогидродинамика на мезо- и наномасштабах...... 377 7. 1. Роль размерных эффектов в гидродинамике...... 379 7. 2. Число Кнудсена, кнудсеновский слой и особенности течений...... 381 7. 3. Кнудсеновский слой с учетом теплопереноса...... 389 7. 4. Гидродинамика и граничные условия...... 392 7. 5. Термогидродинамика со скольжением...... 410 7. 6. Термогидродинамика на наноструктурированной поверхности...... 423 7. 7. Термогидродинамика внутри наноструктур...... 439 7. 8. Некоторые специфические проблемы термогидродинамики наноструктур...... 447 Глава 8. Теплоперенос в нанокомпозитах и наножидкостях...... 453 8. 1. Теплоперенос в нанокомпозитах...... 453 8. 2. Теплоперенос в наножидкостях...... 495 Глава 9. Нанотермогидродинамика поверхности...... 528 9. 1. Особенности наноструктурированных поверхностей...... 528 9. 2. Теоретические модели смачивания...... 538 9. 3. Современные модели смачивания супершероховатых поверхностей...... 547 9. 4. Процессы на наношероховатых и супергидрофобных поверхностях...... 557 9. 5. Управление процессами смачиваемости на наношероховатых и супергидрофобных поверхностях...... 561 9. 6. Физика кипения на наноструктурированных поверхностях...... 577 Глава 10. Тепловое излучение в наноструктурах...... 600 10. 1. Наномасштабный радиационный теплоперенос...... 600 10. 2. Флуктуации электромагнитного поля и тепловой поток...... 607 10. 3. Когерентный и некогерентный радиационный перенос тепла...... 612 10. 4. Тепловое излучение наноструктур в дальней зоне...... 614 10. 5. Тепловое излучение наноструктур в ближней зоне...... 615 10. 6. Резонансное туннелирование и увеличение теплового потока...... 628 10. 7. Некоторые задачи наномасштабного радиационного теплообмена...... 637 10. 8. Экспериментальные исследования радиационного теплообмена...... 642 10. 9. Термофотовольтоника в ближнем поле...... 649 Глава 11. Нанотермоэлектричество...... 653 11. 1. Введение в термоэлектричество...... 653 11. 2. Термоэлектричество наноразмерных систем...... 667 11. 3. Термоэлектрические модули и их применение...... 730 Список литературы...... 738

Издательство: "БИНОМ. Лаборатория знаний" (2015)

ISBN: 9785996328703