Technological advancement have made manufacturing of various nanostructures possible. Thermal transport in such nanostructures is fundamentally different from macroscale. Initial studies have indicated that thermal properties of these nanostructures also depends on its geometry. Hence, it is possible to tailor nanostructure geometry to achieve targeted thermal properties. In the present work, finite volume method based code has been developed to solve the gray phonon Boltzmann transport equation in the relaxation time approximation. This code is used to study thermal transport in (a) constricted thin films and (b) constricted nanowires for a wide range of constriction ratio. We show in this thesis that by varying the degree of constriction thermal conductivity of thin films and nanowires can be altered significantly. Thin films and nanowires are found to respond differently to constriction. Secondly, Phonon transport through the constriction formed by probe and substrate is also studied. It is observed that thermal spreading in substrate increases with increase in degree of constriction. The magnitudes of total, substrate and constricted tip-interface resistance are established for range of constriction ratio. The combined thermal resistance of tip and interface (as predicted by BTE) is found to be much higher than the total resistance predicted by fourier law. Also, interface is found to offer significantly higher resistance to phonons in axisymmetric model as compared to the 2-D model.
최근 제조기술과 나노기술의 발달로 다양한 형태의 나노구조를 제작하는 것이 가능해졌다. 이러한 경향과 함께 다양한 나노구조에서의 열전달 현상에 대한 연구가 진행되었고, 나노구조 내에서 일어나는 열전달 현상이 거시적 규모에서 일어나는 현상과 다름을 확인하였다. 나노구조의 열전달 현상에 관한 최초 연구에서는 나노구조의 열물성이 기하학적 형태에 따라 달라지는 것을 발견하였다. 즉, 나노구조의 기하학적 형태를 적절히 설계함으로써 목표로 하는 나노구조의 열물성에 도달할 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 본 연구에서는 유한체적법을 기반으로한 코드를 근간으로 포논 폴츠만 수송 방정식을 완화시간 근사법을 이용하여 계산하였다. 이 코드는 (a) 얇은 박막과 (b) 나노와이어의 다양한 접점비에서의 열전달 현상을 연구하기 위해 사용하였다. 우선 이 논문에서는 얇은 박막과 나노와이어의 접점비를 변화시킴으로써 열전도도가 크게 변화함을 확인할 수 있었다. 또한 탐침과 기판의 접점에서의 포논 전달 현상에 대해서 연구했다. 그 결과, 접점비가 증가하면 기판에서의 열확산 현상이 활발해짐을 확인할 수 있었다. 또한 기판과 탐침을 포함하는 접촉면의 열저항의 크기가 접점비에 따라 달라지는 현상도 확인하였다. 본 연구에서 볼츠만 수송 방정식을 통하여 예측한 열저항의 크기는 기존의 푸리에 법측으로 예측된 열저항에 비해서 매우 높았고, 2차원 모델에 비해서 축 대칭 모델에서의 접촉면이 더 큰 열저항을 갖게됨 또한 확인했다.
