Computational modeling and spectral analysis of nanoscale energy transfer

Julkaisun otsikon käännös: Nanomittakaavan energiansiirron laskennallinen mallinnus ja taajuusanalyysi

Kimmo Sääskilahti

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Nanoteknologian nopea kehitys on synnyttänyt uusia tapoja hallita lämpöenergiaa. Lämpöenergian tehokkaan hallinnan ja ohjauksen odotetaan mahdollistavan mm. puhtaan energiantuotannon termosähköisillä materiaaleilla, digitaalielektroniikan tehonkulutuksen pienentämisen sekä täysin uusien sovellusten kuten lämpöohjatun magneettisen tallentamisen kehittämisen. Lämpöenergiaa hyödyntävien sovellusten kehittäminen vaatii kuitenkin erinomaista ymmärrystä energiansiirtomekanismeista hyvin pienissä rakenteissa. Väitöskirjatyön tavoitteena on kehittää uusia laskennallisia malleja ja menetelmiä lämmönsiirron mallintamiseen nanomittakaavan rakenteissa sekä soveltaa menetelmiä uuden ymmärryksen synnyttämiseen. Työ perustuu klassiseen epätasapainotilan molekyylidynamiikkamenetelmään sekä kvanttimekaanisiin Greenin funktio -laskuihin, jotka molemmat hyödyntävät fluktuaatio-dissipaatioteoriaa tarkasteltavan systeemin ja ympäristön välisen kytkennän kuvaamiseen. Lämmönjohtumismekanismien analysoimiseksi kehitetään mm. menetelmä hilavärähtelyjen kuljettaman lämpövirran jakamiseksi taajuuskomponentteihin. Työn malleja ja spektraalista hajotelmaa sovelletaan epälineaaristen lämmönsiirtomekanismien tunnistamiseen materiaalirajapinnoilla sekä lämpöä kuljettavien hilavärähtelyjen vapaiden matkojen määrittämiseen hiilinanoputkissa. Työn tulokset osoittavat myös, että piinanolankojen termosähköisiä ominaisuuksia voidaan parantaa erityisellä superhilarakenteella ja että sähkömagneettisen lämmönsiirron voimakkuutta nanopartikkeleiden välillä voidaan muokata sijoittamalla partikkelit peilikaviteettiin. Työssä kehitetään lisäksi yhtenäinen matemaattinen malli hilavärähtelyjen, sähkömagneettisten kenttien ja elektronien lämmönkuljetuksen mallintamiseen. Kokonaisuudessaan väitöskirjatyö tarjoaa energiansiirron mallintamiseen työkaluja, jotka voivat tulevaisuudessa olla merkittävässä roolissa valon, sähkön ja lämmön vuorovaikutuksien kuvaamisessa eri mittakaavan rakenteissa.
Julkaisun otsikon käännösNanomittakaavan energiansiirron laskennallinen mallinnus ja taajuusanalyysi
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Tulkki, Jukka, Vastuuprofessori
  • Oksanen, Jani, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-6521-2
Sähköinen ISBN978-952-60-6522-9
TilaJulkaistu - 2015
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • lämmönsiirto
  • molekyylidynamiikka
  • fononit

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Nanomittakaavan energiansiirron laskennallinen mallinnus ja taajuusanalyysi'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä