石墨烯中热波传递的分子动力学研究

摘要：

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<σ2>∝t1.80,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.

关键词：石墨烯、热波、弹道-扩散输运、分子动力学模拟

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资助基金：国家自然科学基金51322603,51136001,51356001,51321002、新世纪优秀人才支持计划、清华大学自主科研计划和清华信息科学与技术国家实验室课题资助

在线出版日期：2014-10-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：2528-2536