Теплоперенос на границе раздела фаз в наноструктурированных композитах

Одной из важнейших проблем современной науки о материалах является разработка новых материалов и структур для эффективных теплоотводов. Такие материалы и структуры являются необходимым элементом для электронных схем нового поколения, поскольку именно проблема тепловыделения является часто ключевой для создания свехбольших интегральных схем. Поэтому решение задачи перехода «к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям» требует выработки новых физических подходов к созданию материалов с рекордной теплопроводностью. Следует отметить, что дополнительной проблемой является необходимость согласования предлагаемого материала и по коэффициенту теплового расширения с основным материалом современной полупроводниковой электронике, то есть, в первую очередь, с кремнием.Отмеченные два обстоятельства определили необходимость разработки композитных материалов и структур, работами в этой области занимаются ведущие лаборатории мира. Одним из важнейших ограничений теплопроводности композитных материалов является рассеяние тепла на границах фаз. Параметр, который численно характеризует интенсивность рассеяния тепла на границе, называется граничное теплосопротивление или сопротивление Капицы. По порядку величины, тепловое сопротивление границы равно тепловому сопротивлению ста нанометров однородного материала. Это значит, что в наноструктурированных композитах, в которых размер зерен одной фазы составляет десятки или даже единицы нанометров, именно тепловое сопротивление границ между фазами определяет результирующие тепловое сопротивление. В силу малости размеров современных электронных схем, (скорее, нано- чем микро-) приводит к тому, что именно сопротивление на границе определяет их результирующую теплопроводность.Теории теплопереноса вблизи границы фаз, разрабатываемая в предлагаемом проекте, откроет новые пути для разработки новых наноструктурированных материалов с рекордными значениями теплопроводности. Следует отметить, что создание материалов с заданной величиной теплопроводности существенно и для решения задач перехода к ресурсосберегающей энергетикеЗадачей проекта является разработка принципиально новой теории переноса тепла через границу фаз и применение этой теории для расчета теплопроводности наноструктурированных материалов.В ходе выполнения проекта с помощью новых, предложенных авторами методов, предполагается: - увеличить точность расчета значения сопротивления Капицы на границе различных пар материалов, при переносе тепла через границу фононами,- рассмотреть влияние электрон-фононного взаимодействия на перенос тепла через границу металл-диэлектрик, учесть передачу тепла от электронов металла непосредственно фононам диэлектрика,- рассмотреть границу двух проводящих сред, рассчитать граничное теплосопротивление в случае переноса тепла через границу электронами, - рассмотреть влияние границы на процессы переноса тепла вдоль границы.Разработанный метод позволит рассчитать и другие кинетические коэффициенты, описывающие электронный транспорт на границе двух фаз, в частности электросопротивление границы, термоэлектрический коэффициент границы.