comsol模擬石墨烯（傳熱、電氣、結(jié)構(gòu)力學(xué)模擬）

COMSOL Multiphysics 是一款大型的高級(jí)數(shù)值仿真軟件，由瑞典COMSOL 公司開發(fā)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)研究以及工程計(jì)算，被當(dāng)今世界科學(xué)家稱為“第一款真正的任意多物理場(chǎng)直接耦合分析軟件”，適用于模擬科學(xué)和工程領(lǐng)域的各種物理過程，COMSOL Multiphysics以高效的計(jì)算性能和杰出的多場(chǎng)直接耦合分析能力實(shí)現(xiàn)了任意多物理場(chǎng)的高度精確的數(shù)值仿真，在全球領(lǐng)先的數(shù)值仿真領(lǐng)域里得到廣泛的應(yīng)用。

COMSOL Multiphysics的顯著特點(diǎn)

1.求解多場(chǎng)問題=求解方程組，用戶只需選擇或者自定義不同專業(yè)的偏微分方程進(jìn)行任意組合便可輕松實(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)的直接耦合分析。

2.完全開放的架構(gòu)，用戶可在圖形界面中輕松自由定義所需的專業(yè)偏微分方程。

3.任意獨(dú)立函數(shù)控制的求解參數(shù)，材料屬性、邊界條件、載荷均支持參數(shù)控制。

4.專業(yè)的計(jì)算模型庫，內(nèi)置各種常用的物理模型，用戶可輕松選擇并進(jìn)行必要的修改。

5.內(nèi)嵌豐富的 CAD 建模工具，用戶可直接在軟件中進(jìn)行二維和三維建模。

6.全面的第三方 CAD 導(dǎo)入功能，支持當(dāng)前主流CAD 軟件格式文件的導(dǎo)入。

7.強(qiáng)大的網(wǎng)格剖分能力，支持多種網(wǎng)格剖分，支持移動(dòng)網(wǎng)格功能。

8.大規(guī)模計(jì)算能力，具備Linux、Unix 和Windows 系統(tǒng)下64 位處理能力和并行計(jì)算功能。

9.豐富的后處理功能，可根據(jù)用戶的需要進(jìn)行各種數(shù)據(jù)、曲線、圖片及動(dòng)畫的輸出與分析。

10.專業(yè)的在線幫助文檔，用戶可通過軟件自帶的操作手冊(cè)輕松掌握軟件的操作與應(yīng)用。

11.多國(guó)語言操作界面，易學(xué)易用，方便快捷的載荷條件，邊界條件、求解參數(shù)設(shè)置界面。

石墨烯的傳熱模擬

COMSOL 提供了多種工具來幫助模擬具有極高縱橫比的幾何及特征。最近，人們利用 COMSOL 對(duì)石墨烯“被子”進(jìn)行了傳熱模擬，《Nature Communications》雜志的”用于高功率 GaN 晶體管熱管理的石墨烯被子“一文介紹了該研究。論文作者使用 COMSOL Multiphysics 證實(shí)，可通過引入由薄層石墨烯 （FLG） 制作的額外散熱通道，即頂面導(dǎo)熱片，來顯著提升 AlGaN/GaN 異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管 （HEFT） 的局部熱管理。

COMSOL Multiphysics 的傳熱接口支持您使用薄層特征特征模擬極高縱橫比的組件。這一特征僅求解表面切面處的傳熱方程，因此免去了在高縱橫比層中使用極端細(xì)化網(wǎng)絡(luò)的需求。使用此方法能夠極大減少計(jì)算時(shí)間和內(nèi)存使用。

薄層特征設(shè)定窗口

石墨烯的電氣模擬

從 2006 年開始，人們就已經(jīng)使用 COMSOL 來研究石墨烯的電氣特征。在這篇論文中，研究人員使用 COMSOL 來推導(dǎo)石墨烯基復(fù)合材料的面內(nèi)和橫向電導(dǎo)率。我們可以很輕松地在 COMSOL Multiphysics 中輸入電導(dǎo)率的張量物理量。您僅需提供電導(dǎo)率張量元，它可以是溫度或其他任何量的函數(shù)。

可以輕松在電流接口電流守恒特征的設(shè)定窗口中指定各向異性電導(dǎo)率

石墨烯的結(jié)構(gòu)力學(xué)模擬

COMSOL 也可以模擬石墨烯的結(jié)構(gòu)力學(xué)應(yīng)用。在這篇論文中，研究人員計(jì)算了石墨烯膜在壓力差作用下產(chǎn)生的撓度和應(yīng)變。可通過電氣檢測(cè)到帶結(jié)構(gòu)中的變化，這說明它可用于制造超靈敏壓力傳感器。結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊的殼接口主要用于薄壁結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，因此非常適合此類應(yīng)用。殼接口使用 Mindlin-Reissner 類公式，即考慮了橫向剪切形變。這意味著我們無須對(duì)極薄結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格剖分，就可以獲得高精度的結(jié)果。

殼接口中材料模型的設(shè)定窗口