南京师范大学马登科副教授团队：石墨烯纳米带中声子相干输运导致的热导率反常边界效应

主要观点总结

该文章主要介绍了南京师范大学马登科老师团队在《Physical Review Applied》上发表的研究论文，题为“Phonon coherent transport leads to an anomalous boundary effect on the thermal conductivity of a rough graphene nanoribbon”。文章概述了石墨烯纳米带的热导率对其表面边界粗糙度的双阶段依赖行为，并探讨了异常边界效应背后的潜在机制。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

声子边界散射被认为是调整材料热学性能的基本机制之一。理论和实验研究表明，声子表面边界散射会阻碍声子输运，降低材料的热导率。

关键观点2: 文章概述

该研究采用非平衡分子动力学模拟，发现石墨烯纳米带的热导率对其表面边界粗糙度存在双阶段的依赖行为。异常边界效应源于声子的相干特性，导致了粗糙度对不同声子模式选择性的相消干涉。

关键观点3: 研究成果

研究揭示了声子边界散射的新规律，通过晶格动力学分析，证明了相干声子诱导的粗糙度选择性相消干涉是导致热导率异常依赖于边界粗糙度的潜在机制。

关键观点4: 研究展望

该研究为设计基于表面边界散射的热管理材料和热电器件提供了新启示。此外，研究还指出了在材料设计中需要考虑的因素，如材料的非谐性对热导率的影响。

文章预览

Phonon coherent transport leads to an anomalous boundary effect on the thermal conductivity of a rough graphene nanoribbon Shuang Tian, Tingting Wang, Hao Chen, Dengke Ma, and Lifa Zhang. Phys. Rev. Applied 21, 064005 – Published 4 June 2024 https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.21.064005 研究背景 在热学领域，通过改变边界形态控制声子边界散射，被认为是调整材料热学性能的基本机制之一。理论和实验研究表明，声子表面边界散射会阻碍声子输运，在硅纳米线和石墨烯纳米带等材料中获得了低于体硅和石墨烯的热导率。同时，增加表面边界粗糙度，可以进一步降低热导率。声子作为准粒子，具备波动和粒子特性，二者以不同的机制支配其输运特性。在声子相干输运下，将产生干涉效应，相消干涉同时取决于声子的波长和结构的特征尺寸。而在材料体系中，对热导率有贡献的声子模式在很宽的频率范围内，而且 ………………………………