报告题目：IV族二维系统声子热传导以及应力调控
报 告 人： 匡友弟 博士 （香港理工大学）
报告时间： 2016年5月26日（周四）13:30
报告地点： 延长校区应用数学和力学所东会议室
主办部门：上海市应用数学和力学研究所
报告摘要：IV族二维单层纳米材料及其多层在工程热管理、复合材料热传导增强以及热电转换等方面具有极高的应用价值。然而其热特性的微纳实验测试仍具挑战性。因此，理论表征其热传导特性和理解相应机制；理解拓扑结构依赖的二维热传导规律；以及如何调控热导率来开拓它们的应用空间，具有重要的理论意义和应用价值，也是物理力学研究的基本要求。因此，基于我们改进的第一性原理晶格动力学方法，系统研究了单层石墨烯（C）、多层石墨烯、体相石墨、单层硅（Si）、单层锗（Ge）和单层锡（Sn）系统中的声子热传导行为，重点包括： 1）尺度效应；2) 温度效应；3）应力效应；4）应力与尺度耦合效应；5）随着层数的增加，当从二维单层石墨烯过渡到三维体相石墨，热传导行为的维度效应。
基于此系统研究，我们得到如下主要结论：1）对于单层石墨烯、三层石墨烯和石墨，计算热导率与当前实验测试值吻合的相当好，表明改进的预测方法的准确性，可以作为低维度系统热导率预测的强有力工具。2）单层石墨烯面外声学声子自由程达到～8 cm（对应于本征热导率，300 K），是其热导率具有强尺度效应的根源。随着层数的增加到无限层（即石墨），面内热导率尺度效应逐渐降低到～8 μm；而由于晶格面屈曲的影响，单层硅、单层锗和单层锡的热导率尺度效应可以忽略。3）在三声子理论框架下，张应力导致这些单层系统本征热导率随着尺度增加而发散；而对于多层石墨烯和石墨，他们的本征热导率在张应力作用下收敛；应力增加导致他们的热导率存在峰值，机制在于应力依赖的热容和声子寿命间的竞争。4）对张应力作用下的单层系统，增加温度加强了三声子散射，但其本征热导率仍然发散。应力与尺度耦合导致热导率峰值效应。5）我们也研究了单层和双层氮化硼系统的热传导特性，发现和石墨烯基系统相似的热传导行为，进一步表明了晶格拓扑结构的影响。此系统研究增进了我们对二维热传导问题的理解；对于如何采用尺度和应力来调控二维系统的热导率也提供了洞见。
