金纳米薄膜面向导热系数的实验研究

基于电子束物理气相沉积法制备纳米薄膜的悬浮工艺，采用一维稳态恒热流加热法实验测量了80—300K厚度为23nm金薄膜的面向导热系数．研究表明金纳米薄膜的面向导热系数有非常显著的尺寸效应：金纳米薄膜的面向导热系数大大低于体材料的值，并且导热系数随温度的升高而增大，这一趋势与体材料导热系数的温度依赖性相反；同时，金纳米薄膜的Lorenz数大约为体材料值的3倍，并且随着温度的升高有减小的趋势，表明Wiedemann-Franz定律对于金纳米薄膜不再适用．     

氩晶体导热性质的低维效应

为研究维数降低对材料导热性质的影响规律,采用非平衡分子动力学方法研究了60~120K氩晶体体材料和理想一维及二维低维结构材料的导热性质。计算得到氩晶体低维材料的热导率明显高于体材料的值,这不同于常规意义上由于界面等因素对载热粒子的散射作用而导致材料热导率减小的尺寸效应。氩晶体理想二维材料较之体材料的热导率有成倍的提高,而理想一维材料较之体材料热导率的增加可达到数十至数百倍。研究还表明低维材料导热性质的低维效应在较高的温度条件下更为显著。     

热波现象的热质理论研究

基于热质的概念建立了热量输运的守恒方程，并得到了考虑热质运动的空间和时间惯性的普适导热方程，该方程反映了一般条件下热的波动传递现象．当热流和温度的空间惯性以及温度的时间惯性可以忽略时，所得到的导热定律退化为CV模型，表明CV模型实质上仅考虑了热流对时间的惯性效应．对热波传递和叠加现象的数值分析表明：当热扰动较小时，热流对空间加速的惯性可以忽略，基于热质理论的热波方程和CV模型符合得较好；但是，在描述较大的热扰动时，由于热流对空间的加速惯性不能忽略，CV模型的求解结果会出现负温度的非物理现象，而基于热质理论的热波方程则克服了这一缺陷．     

系统的(火积)与可用(火积)

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2DMD应用于微通道内气体流动研究

为了将2DMD(二维分子动力学)方法应用于微通道内气体流动的研究, 以平衡状态气体分子速度的分布函数为基础, 得到了分子平均速率、平均碰撞频率、平均自由程和动力黏度的理论形式, 以及二维体系气体流动的滑移边界条件. 在此基础上, 应用2DMD方法模拟了气体在亚微米通道内的滑移流动, 并与3D模拟的计算结果和计算量进行了对比分析.     

石墨烯中热波传递的分子动力学研究

采用非平衡分子动力学模拟方法,通过向扶手椅型和锯齿型单层石墨烯施加持续时间为1 ps的局部热脉冲,研究了其瞬态导热规律和特性.模拟结果表明,热脉冲在石墨烯中激发出两道以不同速度传递的波,一道波具有宏观动量,传播速度等于声速,是系统受热膨胀形成的声波(第一声);另一道波无宏观动量,传播速度约为声速的1/3,是晶格无规则振动形成的热波(第二声).热脉冲激发的声波是纵波,能量传递只有纵向分量,而热脉冲激发的热波是由面内横向晶格振动形成,只有横向能量分量.热量传递表现出的各向异性说明,在热脉冲传递过程中系统处于非平衡状态.另外,统计得到热脉冲能量传递距离与时间的关系约为2 1.80????t,说明热脉冲能量在石墨烯中是以弹道-扩散的方式传递的,弹道输运越强,热波现象越显著.热波波峰区域的能量传递为弹道输运,而在高温扩散区和热波衰减部分的能量传递则为扩散输运.