原子/分子接触的热电转换效率及其输运性质的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51476033
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0606.热物性与热物理测试技术
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The atomic and molecular contacts are the most important issues in various technological applications, such as the atomic-scale manipulation, nanoscale thermoelectric conversion and etc, and there has been an increasing interest in their unusual energy transport phenomena. The project tends to fabricate a microscale device, which can be used to measure the thermal properties of nanowires. A cryogenic system with the presence of a stable magnetic field will be established. At different magnetic density, the dependence of the thermal conductivity of metallic nanowire on its structures, such as length and diameter, is measured in the temperature range from 80 to 300 K. The self-assembly technique is applied to form a desired molecular layer on the target nanowires, and the atomic and molecular contact process is controlled accurately with the aid of the Lorentz force. By monitoring a large amount of the current-voltage curves, the quantized electrical contact conductance can be statistically obtained. Combined with the 3ω method and 2ω method, the corresponding Seebeck coefficient is obtained, and the thermal conductance is measured based on the crosswise structure formed by two nanowires. Finally, the figure of merit at the atomic and molecular contacts is exprimental obtained. The ab initio electronic structure calculations are based on the implementation of density functional theroy in commercial software, the transmission function is given by the nonequilibrium Green's function techniques, so the transport properties of the atomic and molecular contacts are calculated using the Landauer theory, and the effects of the molecular structure and dimensions on the figure of merit are analyzed. Based on the experimental and theoretical results, the energy conversion and transport mechanisms through the atomic and molecular contacts are confirmed, which in turns provides an important scientific support in devices synthesized by low dimensional materials.
原子/分子接触是原子操作、纳米热电转换利用等技术的关键问题,由于其特殊的能量输运过程而受到广泛关注。项目拟制备用于纳米线热物性测量的微器件装置,构建具有稳定磁场的低温真空实验系统,测量80-300K温度范围内纳米线热导率随长度、直径以及磁场强度的变化;采用自组装单分子膜技术对纳米线表面进行处理,通过磁场下的洛伦玆力实现原子/分子接触过程的准确控制,统计大量接触过程中的电流-电压曲线,测得接触电导的量子效应,结合3ω法和2ω法,得到对应的Seebeck系数,并在交叉纳米线结构的基础上,测得接触热导,进而实现原子/分子接触中热电转换优值系数的实验测量;利用商用软件计算电子能带结构,采用非平衡格林函数法得到透射系数,根据Landauer理论分析材料结构、尺寸等因素对优值系数的影响;结合实验测量和理论计算结果,揭示原子/分子接触过程中热电输运的本质规律,从而为低维材料器件化提供重要的科学依据。

结项摘要

金属接触是微器件开发、纳米热电转换、纳米材料热物性测量等技术的关键共性问题,甚至具有决定性作用,因此高空间分辨率(原子接触)和高时间分辨率(飞秒)下的能量输运过程近年来受到广泛关注。在高空间分辨率接触能量传递过程研究方面,项目搭建了具有稳定磁场的低温真空实验系统(80~300K温度范围),实现了Ag,Pt等金属单晶和多晶纳米线真实热学、电学性质的准确表征,定量给出了在自加热方法中接触电阻对金属纳米线热导率测量的影响规律,证明了热电比拟定律仍然适用于单晶金属纳米线材;测量得到的金属纳米线与电极间接触电阻近似与温度无关,证明接触处电子处于弹道输运过程;报道了Ag纳米线在低能电子辐射下电导率降低的实验现象,揭示了内在机理;证明了多晶纳米薄膜/纳米线中晶界反射系数与熔点关联式的适用性,建立了准确预测金属多晶纳米薄膜和纳米线热导率和电导率的理论模型;用洛伦玆力精确控制微米线的接触过程,测量了从弹道到扩散过程转变过程中金属接触电阻和接触热阻,证明了热电比拟定律对纯金属接触处于弹道/扩散输运过程都适用;开发了原子Green函数结合有限元的计算方法,根据Landauer理论计算得到声子弹道输运的透射系数和热导。掌握金属接触(包括晶粒界面接触)能量传递规律,准确预测纳米尺度材料热电性质,对微电子器件设计、热分析等都具有重要意义。在高时间分辨率能量传递过程研究方面,项目搭建了集成了脉冲整形器的共轴双色飞秒激光热反射实验系统,直接实验观测到了光学声子对超快能量传递过程的影响;建立了载流子吸收、能带填充和电子-空穴湮没等三过程对激光反射信号影响的理论模型,揭示了反射信号随脉冲强度变化的内在机理;成功利用具有不同时间间隔的两束泵浦脉冲精确调控了特定的晶格振动模式。光子与热电子、声子之间的超快能量传递过程研究,将为提高太阳能利用和光电晶体材料的转换效率提供理论依据,同时涉及非热致相变、激光精密加工等一系列前沿技术。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(2)
Influence of coherent optical phonon on ultrafast energy relaxation
相干光学声子对超快能量弛豫的影响
  • DOI:
    10.1063/1.4928657
  • 发表时间:
    2015-08
  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Wang J. L.;Guo L.;Liu C. H.;Xu X.;Chen Y. F.
  • 通讯作者:
    Chen Y. F.
相干光学声子的操控以及对能量输运过程的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王建立;郭亮;徐先凡;倪中华;陈云飞
  • 通讯作者:
    陈云飞
Effect of Electrical Contact Resistance on Measurement of Thermal Conductivity and Wiedemann-Franz Law for Individual Metallic Nanowires.
电接触电阻对单个金属纳米线热导率和维德曼-弗朗兹定律测量的影响
  • DOI:
    10.1038/s41598-018-23291-9
  • 发表时间:
    2018-03-20
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Wang J;Wu Z;Mao C;Zhao Y;Yang J;Chen Y
  • 通讯作者:
    Chen Y
Green's function method hybrid with the finite element method for ballistic phonon transport at low temperatures in nanostructures of arbitrary shape
格林函数法与有限元法混合用于任意形状纳米结构中低温弹道声子输运
  • DOI:
    10.1080/10407790.2017.1338086
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Numerical Heat Transfer, Part B: Fundamentals
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Gu Yunfeng;Wang Jianli
  • 通讯作者:
    Wang Jianli
Manipulation of lattice vibration by ultrafast spectroscopy
通过超快光谱操纵晶格振动
  • DOI:
    10.7498/aps.66.014203
  • 发表时间:
    2017-01
  • 期刊:
    Acta Phys. Sin.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jianli Wang;Liang Guo;Xianfan Xu;Zhonghua Ni;Yunfei Chen
  • 通讯作者:
    Yunfei Chen

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    於红梅;陶毅;王聪;柳毅;王建立;陈云飞
  • 通讯作者:
    陈云飞

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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