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杨诺教授团队在低维纳米传热方向研究进展

发布日期:2017-08-09    作者:     来源:     点击:

本站讯

89日,《纳米快报》(Nano Letters)在线刊发了能源学院杨诺教授团队题为“石墨烯中声子耦合的双温度模型” (Generalized two-temperature model for coupled phonons in nanosized graphene)的论文。这是纳米传热实验室的最新理论研究进展。该工作中杨诺教授为该论文的通讯作者,纳米传热实验室安盟和宋琪琛同学为共同第一作者,合作者还有余晓翔,孟涵,马登科,李睿阳,金泽林同学,以及香港科技大黄宝陵副教授。


石墨烯中声子的双温度现象

电子-声子,磁子-声子和声子-声子等多载流子之间的耦合作用在能量输运和转换领域扮演着至关重要的角色。然而,如何理解和定量描述声子-声子耦合作用是传热领域未被探究的基础问题。此处提及的声子-声子耦合作用有别于晶格动力学中描述的非简谐多声子散射,而是指不同声子群之间的较弱耦合。双温度模型已经被广泛用于定量描述非平衡态下的电子-声子耦合作用。本文从声子玻尔兹曼方程出发,第一次将双温度模型推广用于定量描述声子-声子耦合作用,并且提出了定量描述耦合强度的全新物理量:耦合因子和耦合长度。同时,我们成功地利用双温度模型和分子动力学模拟研究了石墨烯平面内声子群与垂直于平面声子群之间耦合作用。研究发现,石墨烯平面内声子群和垂直于平面声子群之间的耦合作用很弱,因此两声子群之间很难进行热能传递,即存在很大的内部热阻。该热阻是石墨烯复合材料热导率不理想的关键原因之一。本研究为理解二维材料中声子输运提供了全新的视角和理论基础。同时,双温度模型和耦合长度可以为设计具有高热导率的石墨烯复合材料提供新的思路和指导。

该工作得到了国家自然科学基金的支持。

杨诺教授于2014年加盟能源学院并组建“纳米传热实验室”。(详见主页纳米传热实验室 ) 关注纳米尺度的热输运、能量转换和热管理方向的理论、模拟和实验研究。三年半以来持续发表一批前沿学术成果,包括两篇Nano LettersSmallNanoscale, Energy Conversion and Management, Applied Energy, Scientific Reports, Physical Review B, International Journal of Heat and Mass Transfer等。


论文链接:http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.7b02926