21 февраля (четверг) в 15:00 прошел научный семинар кафедры "Теоретическая механика" (НИК, аудитория А2.24) на котором с докладом выступил Алексей Соколов, аспирант кафедры "Теоретическая механика" и кафедры "Kontinuumsmechanik und Materialtheorie" Технического университета Берлина.
Тема доклада: "Энтропия для баллистического уравнения теплопроводности в одномерном гармоническом кристалле и атомно-силовая микроскопия для исследования баллистической теплопроводности в графене".
Энтропия — вероятно, одно из наиболее неоднозначных понятий теоретической физики и философии впервые возникла при рассмотрении сугубо практических инженерных задач, а именно, при решении вопроса как повысить эффективность тепловых двигателей. В дальнейшем энтропия всегда оставалась на стыке фундаментальной и инженерной наук, оставаясь важной в прикладных расчетах и не теряя своего фундаментального значения. В то время как температура, давление и объем легко измеряются, энтропия не может быть напрямую измерена прибором. В связи с этим возник ряд концепций энтропии которые отвечают различным подходам к описанию системы (дискретный/континуальный, микро/макро). Бурный прорыв технологий в области микроструктур вызвал особый интерес к процессам, происходящим на микроуровне. С таким процессам относится баллистическое распространение тепла - явление происходящее на очень малых временных масштабах в идеальных кристаллических структурах. В работе рассматривается баллистическое уравнение теплопроводности в одномерном кристалле, предлагается вид определяющих соотношений, при которых сохраняется принцип неубывания энтропии. Проведено сравнение с другими моделями теплопроводности.
Экспериментальна часть доклада посвящена изучению тепловых свойств графена. Благодаря своим исключительным физическим свойствам графен привлек большое внимание в научной и промышленной областях. В частности, его превосходная теплопроводность делает графен перспективным материалом для терморегулирования и применения в электронных устройствах. Однако результаты измерения теплопроводности графена, которые известны на сегодняшний день, похоже, дают противоречивые данные. Более того, в случае баллистической теплопроводности, которая наблюдается в графене на микроуровне (порядка 2 микрон) понятие коэффициента теплопроводности теряет смысл константы материала, т.к. становится зависимой от размера структуры. В этом случае перспективным способом описания тепловых процессов является рассмотрение графена с атомистической точки зрения. В этом случае возможно получить уравнения, описывающие профиль температуры и тепловые потоки из рассмотрения динамики решетки. В данной теории отсутствует макроскопический коэффициент теплопроводности. Однако большинство существующих экспериментальные методов основаны как раз на определении коэффициента теплопроводности и используют закон Фурье, который не выполняется при баллистическом распространении тепла. В данном случае имеет смысл измерять не коэффициент теплопроводности а например тепловой профиль нагретой структуры. В работе обсуждается постановка эксперимента по определению теплового профиля нагретой центрально-симметричной графеновой мембраны. Рассматриваются особенности различных методов атомно-силовой микроскопии (tuning fork/laser beam feedback), методы нагрева и измерения натяжения мембраны. Приведены качественные результаты по определению топографии мембраны.
