Improved topological conformity enhances heat conduction across metal contacts on transferred graphene
转移的石墨烯（trG）上的金属接触的热导率可以显着降低从原生石墨烯（grG）上的类似接触的固有值，由于增加的粗糙度，残留物，氧化物和空隙的额外电阻。在本文中，我们比较了Al/trG/Cu界面的热导率（G）与Al/grG/Cu界面的热导率，以了解转移石墨烯上金属接触的热传递。我们的样品是通过化学气相沉积（CVD）在Cu箔上生长的多晶石墨烯和CVD生长的石墨烯转移到蒸发的Cu薄膜上。我们发现，对于生长的CVD石墨烯的Al/grG/Cu界面，在室温下G = 31 MW m ^{-2} K ^{-1}，比Al/Cu界面低两个数量级。对于大多数在Cu膜上转移的石墨烯，G = 20 MW m ^{-2} K ^{-1}，比生长的CVD石墨烯低35%。我们仔细排除了残留物，原生氧化物和界面粗糙度的贡献，并将生长和转移的CVD石墨烯的热导率的差异归因于石墨烯对Cu衬底的不同程度的一致性。我们发现，50%的接触面积仅使热导率降低了35%，这表明在石墨烯界面处的空隙中发生了少量的热传递。我们通过在300 ° C下退火样品成功地改善了转移石墨烯与衬底的一致性，从而将转移石墨烯的热导率提高到本征值。从Al/trG/Cu和Al/grG/Cu界面的G的温度依赖性测量，我们还证实了声子是金属/石墨烯/金属界面上的主要热载体，尽管石墨烯中诱导的载流子浓度为3 × 10 ^{12} cm ^{-2}。
2015-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Cleaning graphene: comparing heat treatments in air and in vacuum
表面杂质和污染通常会严重降低石墨烯等二维材料的性能。为了去除污染，通常使用热退火。我们提出了在空气中和真空中的退火处理，非原位和“预原位”，其中超高真空处理室直接连接到像差校正的扫描透射电子显微镜的比较分析。虽然非原位处理确实去除了污染物，但在环境转移后获得原子级清洁的表面是具有挑战性的。然而，利用辐射或激光加热的预原位清洁似乎是可靠的，并且非常适合于清洁石墨烯而不会对其结构造成不适当的损坏。
2017-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Graphene-Graphite Quilts for Thermal Management of High-Power GaN Transistors
自加热是大功率GAN电子和光电子器件面临的一个严重问题。已经尝试了各种热管理解决方案，例如倒装芯片接合或复合衬底。然而，温度升高仍然限制了氮化物基技术的应用。在这里，我们证明了GAN晶体管的热管理可以通过引入用少层石墨烯（一种优秀的热导体）实现的替代散热通道来大幅改善。我们已经将少层石墨烯转移到SiC衬底上的AlGaN/GAN异质结构场效应晶体管中，以形成“石墨烯-石墨被子”-横向散热器，其从沟道区域移除热量。使用显微拉曼光谱原位监测，我们已经表明，温度可以降低多达20摄氏度，在这样的设备工作在~13-W/mm的功率密度。模拟表明，在耐热蓝宝石衬底上的GAN器件中以及在具有紧密定位的散热器的设计中，“石墨烯棉被”的效率可以更高。我们的研究结果为少层石墨烯在大功率电子产品中的应用开辟了一个新的利基。
2012-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Fully dry PMMA transfer of graphene on h-BN using a heating/cooling system
实现由各种二维（2D）层状材料堆叠而成的高质量范德华异质结构器件的关键在于无气泡和褶皱的清洁界面。虽然聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）由于其强粘附性而通常用作牺牲转移膜，但它在转移后总是溶解在溶剂中，导致不可避免的PMMA残留在顶表面上。这使得很难找到干净的界面区域。在这项工作中，我们提出了一个完全干燥的PMMA转移石墨烯到h-BN使用加热/冷却系统，它允许识别清洁的界面区域，高品质的石墨烯/h-BN异质结构的制造。其机理在于利用聚合物（PMMA/PDMS）和无机材料（石墨烯/h-BN衬底）之间的大的热膨胀系数差异，通过聚合物的热收缩将PMMA从石墨烯机械剥离，在石墨烯表面上不留下PMMA残留物。该方法可应用于所有类型的2D分层材料。
2015-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Heat transport across graphene/hexagonal-BN tilted grain boundaries from phase-field crystal model and molecular dynamics simulations
本文采用结合原子论的方法研究了单层石墨烯和六方氮化硼（h-BN）片之间晶界的界面热导。首先，使用最近开发的相场晶体（PFC）模型[P. Hirvonen \textit{et al.}，Phys. Rev. B \textbf{100}，165412（2019）]生成含有具有不同倾斜角的石墨烯/h-BN GB的现实样品，该模型捕获分子动力学（MD）模拟无法获得的缓慢扩散弛豫。然后，大规模的MD模拟，使用高效的GPUMD包进行评估跨GB的热传输和整流性能。我们发现，石墨烯和h-BN片之间的晶格失配起着不太重要的作用，在确定的界面热导相比，倾斜角。此外，我们没有发现显着的热整流效应，这些GB。
2021-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Inter-layer and Intra-layer Heat Transfer in Bilayer/Monolayer Graphene van der Waals Heterostructure: Is There a Kapitza Resistance Analogous?
范德华异质结构显示出有趣的物理性质。采用非平衡分子动力学（MD）模拟方法，研究了共面双层/单层石墨烯（BL-ML）多层范德华异质结构的传热特性。BL-ML石墨烯的温度分布和层间和层内热通量表明，层之间没有充分发展的热平衡，并且台阶状BL-ML界面处的平均温度分布的下降不是由于Kapitza电阻的影响。在所研究的MD模拟中，通过将系统的长度增加到1 $μ$ m，热非平衡区域被减少到台阶状界面附近的一个小区域。所有的MD结果进行了比较，一个连续模型和一个很好的匹配，观察到两种方法之间。我们的研究结果提供了一个有用的理解纳米和微米尺度的层状二维材料和范德华异质结构的热传递。
2017-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Graphene Heat Spreaders for Thermal Management of Nanoelectronic Circuits
石墨烯由于其极高的导热性最近被提议作为用于散热的材料。我们模拟了有和没有石墨烯横向散热器的绝缘体上硅电路中的热传播。采用有限元法得到了热传播方程的数值解。分析的重点是原型硅绝缘体电路与金属氧化物半导体场效应晶体管。发现石墨烯或具有适当散热器的少层石墨烯层的结合可以显著降低局部热点的温度。晶体管沟道中的最高温度作为石墨烯的热导率和少层石墨烯的厚度的函数进行了研究。所建立的模型和得到的结果对石墨烯散热器和互连线的设计具有重要意义。
2009-10-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Heat Transfer between Weakly Coupled Systems
本文研究了平界面弱耦合系统间的传热问题。我们提出了简单的分析结果，可用于估计传热系数。作为应用程序，我们考虑了固体-固体接触之间的热传递，以及膜（石墨烯）和固体基质（无定形SiO2）之间的热传递。对于后一种系统，传热系数的计算值与实验值吻合较好。
2010-08-26 cond-mat.mtrl-sci
A light-weight and high thermal performance graphene heat pipe
热管是电子和电力系统中最有效的散热工具之一。目前，热管通常由铜、铝或不锈钢制成。热管由于其相对较高的密度和有限的传热能力，在电力电子和功率模块中面临着迫切的挑战。在本文中，我们报告了一类新的石墨烯增强热管，可以应对这些问题。石墨烯增强热管由高导热率石墨烯组装膜和具有纳米结构增强内表面的石墨烯层压铜膜制成。研究表明，显着提高的散热能力，6100 W m-2 K-1 g-1，约3倍高于铜基商业热管可以实现。这为在轻质和大容量冷却应用中使用石墨烯增强热管铺平了道路，如航空电子设备，汽车电子设备，笔记本电脑，手机和空间电子设备等许多系统所需。
2020-02-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Structure and Non-Equilibrium Heat-Transfer of a Physisorbed Molecular Layer on Graphene
用低能电子衍射和扫描隧道显微镜研究了1，2-二（4-吡啶基）乙烯（bpe）在石墨烯表面的物理吸附亚单层结构。此外，利用超快低能电子衍射研究了bpe与表面之间的非平衡传热。Bpe排列在与衬底不相称的倾斜晶胞中。六个不同的旋转和/或镜像域，其中的分子晶胞是由28{ \pm }0.1°相对于石墨烯表面旋转，被确定。这些分子是弱物理吸附的，如它们在室温下容易解吸的事实所证明的。然而，在液氮温度下，这些层是稳定的，可以进行时间分辨实验。分子和表面的温度变化可以通过它们各自的衍射特征的Debye-Waller因子独立地测量。因此，可以在皮秒时间尺度上监测bpe和表面之间的热流。时间分辨的测量，结合模型模拟，显示存在三个相关的热屏障之间的不同层。发现分子层和石墨烯之间的热边界电阻为2{ \pm }1{ \cdot }10-8 K m2 W-1。
2020-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Specific Heat of Twisted Bilayer Graphene
研究了单层、双层和扭曲双层石墨烯的声子比热。计算采用Born-von Karman晶格动力学模型计算层内原子相互作用和层间球对称原子间势。我们发现，在温度T<15 K时，比热随温度变化为T^n，其中对于石墨烯，n = 1，对于双层石墨烯，n = 1.6，对于扭曲双层石墨烯，n = 1.3。声子比热揭示了双层石墨烯中对扭曲角的有趣依赖性，这在低温下特别明显。结果表明，声子工程的层状材料的热性能通过扭曲的原子平面的可能性。
2014-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Real-space-transfer mechanism of negative differential conductivity in gated graphene-phosphorene hybrid structures: Phenomenological heating model
我们用唯象模型分析了栅控石墨烯-磷烯（G-P）混合结构-G-P场效应晶体管（G-P-FET）中的非线性载流子输运。该模型假设由于G-P沟道中的高载流子密度，包括G层和P层中的电子和空穴的载流子系统的特征在于单一有效温度。我们表明，一个强大的电场依赖性的G-P沟道电导率和基本上非线性的电流-电压特性，表现出负微分电导率，与载流子加热和G-和P-层之间的实空间载流子转移。G-P系统的预测特性可用于电磁辐射探测器、电磁辐射源和逻辑电路。
2018-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Magneto-oscillations on specific heat of graphene monolayer
测量热力学量（如磁化强度和比热）的磁振荡是获得电子系统态密度的实验方法之一。因此，本文从理论上探讨了量子化磁场中石墨烯带隙和无隙情况下比热的振荡现象。还考虑了杂质、库仑相互作用和声子等因素的影响。然后，我们可以映射这些限制下的比热的石墨烯的磁振荡，所获得的结果是一个很好的起点，并指导进一步的实验工作。
2015-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Edge-Grafted Molecular Junctions between Graphene Nanoplatelets: Applied Chemistry to Enhance Heat Transfer in Nanomaterials
石墨烯纳米片（GNP）的边缘功能化利用重氮化学进行，旨在合成边缘装饰的纳米颗粒，其用作制备用于增强传热的工程纳米结构材料的构建块。事实上，苯酚官能化和二苯胺桥接的GNP（分别为GnP-OH和E-GNP）都组装在纳米纸中，分别利用非共价和共价分子连接的形成。分子动力学允许估计两种不同类型的分子结的热导率，表明共价结与非共价结的电导率之间的因子为6。此外，观察到化学官能化将纳米片的自组织驱动到纳米纸中，导致GnP-OH和E-GNP的热导率提高20%，而在E-GNP的情况下，交叉平面热导率提高了150%。因此，将化学功能化应用于纳米颗粒网络中的接触电阻工程被验证为提高纳米颗粒网络的热交换效率的迷人途径，在低温热交换和回收应用中具有巨大的潜在影响
2018-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Molecular junctions for thermal transport between graphene nanoribbons: covalent bonding vs. interdigitated chains
基于石墨烯片晶或其他导热纳米颗粒之间接触处的分子结的适当设计和制造热桥将提供一种迷人的方式来产生用于热管理应用的高效传热网络。在这项工作中，使用非平衡分子动力学，我们计算了烷基链用作两个石墨烯纳米带之间的分子结的热导率，无论是作为共价键合和范德华交叉链。系统地研究了链长、接枝密度、接枝温度和链叉指效应对接枝率的影响。一个明确的减少的电导率被发现随着链长的增加和接枝密度的降低，而较低的电导率观察到范德华叉指链相比，共价结合的。通过计算单链和未官能化的石墨烯片的重叠之间的电导等效性，进一步证明了分子结在增强石墨烯纳米带接触处的热导中的重要性。作为一个例子，发现一个单一的戊基共价键合链具有与对应于约152个碳原子的区域的重叠相等的电导。这些结果有助于理解导热纳米颗粒网络内发生的热现象，包括石墨烯纳米纸和石墨烯基聚合物纳米复合材料，这些纳米复合材料对于电子产品中的热管理应用以及通常在低温热交换和回收中具有很高的兴趣。
2017-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Graphene Heat Spreaders and Interconnects for Advanced Electronic Applications
石墨烯揭示了许多对电子学有益的独特性质，包括极高的电子迁移率和可广泛调节的费米能级。然而，石墨烯不具有电子能带隙，这对其在数字电子学中的应用提出了严重的障碍。石墨烯在电子学中实际应用的一种可能途径是利用其异常高的热导率和电子电流传导特性。这篇特邀评论概述了石墨烯的热性能，并描述了不受能带隙缺失影响的未来石墨烯技术。具体实例包括散热器、热涂层、高电流密度电极和互连。我们的研究结果表明，先进电子设备的热管理可以成为石墨烯的第一个工业规模应用。
2015-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interfacial thermal conductance in graphene/black phosphorus heterogeneous structures
石墨烯作为钝化层，可用于保护黑磷免受与周围氧气和水的化学反应。然而，黑磷和石墨烯异质结构由于其在界面处固有的高热阻而具有低的散热效率。必须有效地去除焦耳热积累的能量，以避免设备故障。因此，研究复合材料的界面散热性能，并根据需要进行界面工程控制具有重要意义。本文采用分子动力学模拟方法，对少层黑磷与石墨烯之间的界面热导进行了深入研究。两个关键参数，临界功率Pcr，以保持热稳定性和最大热功率密度Pmax的系统可以加载，被确定。研究结果表明，界面热导率可以在很宽的范围内通过外加应变和界面缺陷进行有效调节。压应变使界面热导率提高一个数量级，而界面缺陷使界面热导率提高两倍。这些发现可以为基于黑磷-石墨烯异质结构的器件的热传导控制提供散热和界面工程指导。
2016-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Elasticity reshapes heat flow in graphene
Indian Institute of Science（印度科学学院）
研究揭示弹性弯曲刚度的重整化恢复了石墨烯中声子准粒子，改善了热导率并增强了声子流动力学。
2026-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Heat conduction in graphene flakes with inhomogeneous mass interface
利用非平衡分子动力学模拟，研究了由两个区域组成的石墨烯薄片中的热传导。一个区域是质量加载的，另一个是完整的。结果表明，两个区域之间的物质界面大大降低了导热系数，但不会产生热整流效应。研究了导热系数随热流密度和质量差比的变化关系，验证了结果的通用性。研究了孤子的界面散射，解释了没有整流效应的原因。
2011-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Motion of a free-standing graphene sheet induced by a collision with an argon nanocluster: Analyses of the deflection and the heat-up of the graphene
Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University（京都大学汤川理论物理研究所）；Department of Mathematics, University of Leicester（莱斯特大学数学系）
研究通过分子动力学模拟分析氩纳米簇碰撞对自由站立石墨烯的动态影响，发现石墨烯弯曲产生横向波动，线弹性理论半定量描述其运动，同时温度分布分析显示早期阶段符合最小耗散原理。
2010-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Phonon Engineering of the Specific Heat of Twisted Bilayer Graphene: The Role of the Out-of-Plane Phonon Modes
我们从理论上研究了石墨烯、双层石墨烯和扭曲双层石墨烯的比热，同时考虑了每个极化分支的精确声子色散和态密度。结果表明，与传统的认为，面外声学声子的色散-称为ZA声子-偏离强烈的抛物线定律从低至~100 1/cm的频率开始。这导致了ZA声子态密度随频率的变化和比热与温度T的线性关系的破坏。我们建立了ZA声子决定的比热为T<200 K，而在200 K < T < 500 K，来自面内和面外声学声子的贡献是占主导地位的。在高温极限T>1000 K时，光学声子和声学声子对比热的贡献大致相等。石墨烯和扭曲双层石墨烯的德拜温度计算为约1861 - 1864 K。我们的研究结果表明，双层石墨烯等材料的热力学性质可以通过sp2-碳平面的旋转在原子尺度上进行控制。
2015-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Heat Conduction across Monolayer and Few-Layer Graphenes
我们报告了典型的石墨烯晶体管接触的Au/Ti/石墨烯/SiO2界面（石墨烯层1 < n < 10）的热导率G。我们发现G ~ 25 MW m-2 K-1在室温下，四倍小于金/钛/二氧化硅界面的热导率，即使当n = 1。我们将这种减少归因于Au/Ti/石墨烯和石墨烯/SiO2界面串联作用的热阻。从50 < T < 500 K的G的温度依赖性也表明，热主要由声子通过这些界面进行。我们的研究结果表明，金属接触不仅可以限制电传输，还可以限制亚微米石墨烯器件的散热。
2010-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Review of Thermal Properties of Graphene and Few-Layer Graphene: Applications in Electronics
本文综述了石墨烯和少层石墨烯的热性能，并讨论了这些材料在先进电子热管理中的应用。石墨烯的固有热导率-已知材料中最高的-在室温附近由声子主导。热管理应用的示例包括集成在高功率密度晶体管的发热区域附近的少层石墨烯散热器。已经证明，少层石墨烯散热器可以降低器件操作期间的热点温度，从而提高器件的性能和可靠性。
2015-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-linear resistivity and heat dissipation in monolayer graphene
我们已经实验研究了在二氧化硅衬底上的单层石墨烯器件的导电的非线性性质。这种非线性表现为一个非单调依赖的差分电阻上施加的直流电压偏置样品。在低于~ 70 K的温度下，微分电阻在零偏置附近表现出峰值，这可以归因于载流子的自加热。我们表明，这个峰的形状来自不同的能量耗散机制的载流子的组合。较高载流子温度下的能量耗散主要取决于样品的长度。对于长度大于10 μ m的样品，热损耗由二氧化硅-石墨烯界面处的光学声子决定。
2012-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structure Theory of Weakly Interacting Bilayers
基于密度泛函理论计算和电子态的Wannier变换，推导出了石墨烯-石墨烯和石墨烯-六方氮化硼等弱相互作用双层膜的电子结构模型.这些可转移的层间耦合模型可用于研究具有任意平移和扭曲的双层膜的物理。函数形式除了对距离的依赖性外，还包括由Wannier $p_z$轨道中较高的角动量分量产生的角依赖性。我们证明了该方法的能力，通过将其应用到旋转的石墨烯双层，这产生了分析预测的费米速度的重整化，状态密度的范霍夫奇异性，以及在小扭转角的电子局域化的莫尔图案。我们进一步扩展的理论，以获得有效的耦合，通过整合出相邻层。这种方法有助于设计具有理想的电子特性和传输特性的范德瓦尔斯异质结构，以及推导石墨烯堆叠的低能理论，包括来自其他层的邻近效应。
2016-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Significantly Enhanced Interfacial Thermal Transport between Single-layer Graphene and Water Through Basal-plane Oxidation
本文利用深度神经网络势模拟不同氧化程度的单层石墨烯-水体系，发现羟基或环氧基团氧化可使界面热传递提升一个数量级，且官能团分布越分散散热越快。
2024-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Finite-temperature Screening and the Specific Heat of Doped Graphene Sheets
在低能量下，掺杂石墨烯片中的电子由无质量狄拉克费米子哈密顿量描述。在这项工作中，我们提出了一个半解析表达式的非相互作用的无质量狄拉克费米子的动力学密度密度线性响应函数（所谓的“林哈德”功能）在有限的温度。这一结果对于描述无质量狄拉克费米子在随机相位近似下的有限温度屏蔽是至关重要的。特别是，我们用它来定量预测掺杂石墨烯片的比热和压缩性。我们发现，在低温下，比热具有通常的正常费米液体的线性温度行为，与一个斜率，这是完全由重整化准粒子速度控制。
2008-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multiscale modeling of heat conduction in graphene laminates
我们开发了一种结合原子连续分层多尺度方法来探索石墨烯层压板的有效热导率。为此，我们首先进行了分子动力学模拟，以便在原子水平上研究热传导。采用非平衡分子动力学方法，计算了石墨烯的长度相关热导率以及两个石墨烯片之间的接触热导率。下一步，根据分子动力学模拟提供的结果，我们构建了石墨烯层合板的有限元模型，以探讨宏观层面的有效热导率。还开发了类似的方法来研究由六方氮化硼（h-BN）膜制成的层压材料的热导率。与最近的实验观察相一致，我们的多尺度模型证实了薄片尺寸是影响石墨烯和h-BN层压板热导率的主要因素。所提出的多尺度方法提供的信息可以用来指导实验研究，以制造具有可调的热传导性能的层压板。
2017-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermal properties of graphene: Fundamentals and applications
石墨烯是一种二维（2D）材料，在平面内和平面外方向之间具有超过100倍的热流各向异性。高的面内热导率是由于碳原子之间的共价sp2键合，而面外热流受到弱范德华耦合的限制。在此，我们回顾了石墨烯的热性质，包括其比热和热导率（从扩散到弹道极限）以及衬底，缺陷和其他原子修饰的影响。我们还强调了石墨烯的热性能发挥作用的实际应用。例如，石墨烯晶体管和互连受益于高面内热导率，直至一定的沟道长度。然而，与衬底的弱热耦合意味着界面和接触仍然是显著的耗散瓶颈。石墨烯或石墨烯复合材料中的热流也可以通过各种手段来调节，包括通过衬底、边缘或界面的声子散射。最终，石墨烯不寻常的热特性源于其2D性质，为热流物理学的新发现提供了丰富的游乐场，并可能导致新的热管理应用。
2013-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ballistic to diffusive crossover of heat flow in graphene ribbons
纳米材料中的热流是一个重要的研究领域，具有基础和技术意义。然而，很少有人知道在二维（2D）设备或互连的尺寸相当于声子平均自由程（MFP）的热流。在这里，我们发现短的四分之一微米的石墨烯样品在室温下达到了弹道热导极限的35%，这是由衬底支撑的石墨烯中相对较大的声子mfp（~100 nm）实现的。相比之下，将类似的样品图案化成纳米带（GNRs）导致由带宽度和边缘无序控制的扩散热流状态。在边缘控制状态下，GNR热导率随宽度的变化近似为~W^{1.8+/-0.3}，在室温下，在65 nm宽的GNR中约为100 W/m/K。在声子mfp的尺度上操纵器件尺寸可以用来实现对它们的载热性质的完全控制，接近基本上有限的上限或下限。
2013-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically controlled heat transport in multilayer graphene
由于缺乏有效的导热材料，用电信号控制热传输的能力一直是一个突出的挑战。以前的尝试主要集中在相变和层状材料，并遇到各种问题，如低的热导率和适度的开/关比。在这里，我们展示了一个基于石墨烯的开关，使电可调的热流。该装置使用离子的可逆电嵌入，通过电可调声子散射将石墨烯膜的面内热导率调制超过十三倍。我们预计，我们的研究结果可以提供一个现实的途径，自适应热传输，使一类新的电力驱动的热设备，这将找到一个广泛的应用在航空航天和微电子。
2022-02-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermal rectification in asymmetric U-shaped graphene flakes
本文采用非平衡分子动力学模拟研究了非对称U型石墨烯片的热整流现象。石墨烯片由一个梁和两个臂组成。结果表明，热通量优先从宽臂流向窄臂，具有较强的整流效应。研究了整流比与热流密度、梁长、梁宽、两臂长、臂宽的关系。结果表明，一种可能的途径来管理散热的U形石墨烯基纳米电子器件。
2011-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene-Enhanced Hybrid Phase Change Materials for Thermal Management of Li-Ion Batteries
锂离子电池是移动通信和运输技术进步的关键组成部分。然而，锂离子电池具有很强的自热性，这限制了它们的使用寿命，并产生了可靠性和环境问题。在这里，我们表明，热管理和锂离子电池的可靠性可以大大提高使用混合相变材料与石墨烯填料。电池的常规热管理依赖于相变材料在小的温度范围内相变时存储在相变材料中的潜热，从而降低电池内部的温度上升。将石墨烯结合到基于烃的相变材料中允许将其热导率增加超过两个数量级，同时保持其潜热存储能力。显热和潜热存储的组合以及电池组外部的改进的热传导导致典型的锂离子电池组内部的温度升高的显著降低。所描述的组合热存储-热传导方法可以导致锂离子和其他类型电池的热管理的变革性变化。
2013-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal Rectification In Asymmetric Graphene Ribbons
本文采用分子动力学模拟对石墨烯纳米带中的热流进行了研究。结果表明，非对称石墨烯带的热通量优先沿宽度减小的方向流动，表现出明显的热整流效应。讨论了整流比与顶角和长度的关系。与基于碳纳米管的一维热整流器相比，石墨烯纳米带即使在大规模下也具有更高的整流比。我们的研究结果表明，非对称石墨烯带可能是一个有前途的结构，为实际的热（声子）器件。
2009-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature and Face Dependent Copper-Graphene Interactions
石墨烯与金属之间的相互作用是石墨烯大面积制备、石墨烯转移以及石墨烯器件中接触质量的重要问题。我们展示了一种简单的方法，通过热处理，在298 K至1073 K的温度下，估计和操纵石墨烯和铜单晶之间的相互作用水平。我们进行了原位拉曼光谱，显示了热处理期间覆盖石墨烯的Cu面特异性行为。在Cu（111）上，相互作用与理论预测一致并且保持稳定，而在Cu（100）和Cu（110）上，最初非常弱的相互作用弱相互作用和电荷转移可以通过加热来调节。我们的结果还表明，在Cu（100）和Cu（110）上生长的石墨烯与铜衬底分离，从而与Cu（111）相比，可能实现更容易的石墨烯转移过程。
2021-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Strain dependence of the heat transport properties of graphene nanoribbons
结合精确的密度泛函理论和非平衡格林函数方法，计算了宽度在3-50 μ m之间的拉伸应变扶手椅型（AGNR）和锯齿型（ZGNR）边缘石墨烯纳米带的弹道热导特性.不同宽度的AGNR的优化的横向晶格常数显示出三族行为时，根据N模3分组的带，其中$N$代表整个宽度的带的碳原子数。两个最低频率的面外声学模式起着决定性的作用，在增加AGNR-N在低温下的热导。在高温下，拉伸应变的作用是降低AGNR-N和ZGNR-N的热导率。这些结果可以解释为力常数在面内和离面方向上的应变的应用的变化。这种对石墨烯纳米带中热传输的基本原子论理解为在各种温度下通过应变影响其热性质的变化铺平了道路。
2013-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Heat Capacity of Thermally Reduced Graphene Oxide: Compaction and Thermal Annealing Effects
B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering, NAS of Ukraine（乌克兰国家科学院维爾金低溫物理與工程研究所）；Institute of Low Temperature and Structure Research PAS（波蘭科學院低溫與結構研究研究所）
本研究探究热还原氧化石墨烯（trGO）低温热容随压实压力和退火温度的变化，揭示其声子主导热响应机制及结构-加工参数关系，为碳基功能材料热行为调控提供指导。
2025-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energy dissipation in graphene field-effect transistors
我们测量的温度分布在偏置的单层石墨烯晶体管使用拉曼散射显微镜的二维声子带。在210 KW cm^（-2）的耗散电功率下，在石墨烯片的中间达到1050 K的峰值工作温度。金属触点用作散热器，但不是以主导方式。为了解释观察到的温度曲线和加热速率，我们必须包括从石墨烯到下面的栅极氧化物的热流，特别是在升高的温度下，其中石墨烯热导率由于umklapp散射而降低。通过拉曼G-声子带中的位移从测量的电荷密度推断出由于具有约50 meV能量的声子引起的速度饱和，这表明通过衬底极性表面声子的远程散射（通过场耦合）增加了到衬底的能量转移，并且同时限制了石墨烯的高偏压电子传导。
2009-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermally-Limited Current Carrying Ability of Graphene Nanoribbons
我们调查高场输运石墨烯纳米带（GNRs）SiO2，击穿。最大电流密度受到自加热的限制，但对于约15 nm宽的GNR可以达到>3 mA/um。与较大的微米级石墨烯器件的比较表明，窄GNR受益于3D热扩散到SiO2中，这使得它们具有更高的电流密度。GNR还受益于短器件（< ~0.3 μ m）中的接触的横向热流，这允许在我们的样品中提取中值GNR热导率（TC），在20 C下为~80 W/m/K，由声子主导。GNR的TC比SiO2上的微米级石墨烯的TC低一个数量级，这表明边缘和缺陷散射的强烈作用以及小型GNR器件中散热的重要性。
2011-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Universal coupling between the photonics and phononics in a 3D graphene sponge
光子-声子耦合在用光控制声音和温度方面具有强大的潜力，为探测器技术、远程声音产生和信号广播开辟了新的视野。在这里，我们报告了一种基于三维石墨烯结构3G海绵的新型立体超轻转换器，该转换器具有非常高的吸收率、接近空气的密度、低惯性和可忽略的有效热容。我们研究了在电磁波激励下的热和声的产生。3G海绵在MHz至Phz的巨大频率范围内显示出卓越的光子到热量和声转换效率。作为一个应用，我们提出了一种基于3G海绵幅度解调的音频接收器。我们的研究结果将导致从光控声源到宽带高频石墨烯电子产品的广泛应用。
2019-06-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermal Transport Across Graphene Step Junctions
阶梯结通常存在于层状材料中，即单层区域与多层区域相遇的地方，但迄今为止还不了解它们对热传输的影响。在这里，我们测量了从单层到双层石墨烯，以及双层到四层石墨烯的石墨烯结（GJ）的热流，这是第一次，在两个热流方向上。在50 K至300 K之间，单层-双层GJ器件的热导率范围为约0.5至9.1 × 10^8 Wm-2K-1。对这种GJ器件的原子模拟表明，石墨烯层之间是相对解耦的，器件的低热导率取决于两个不同石墨烯层之间的电阻。在这些条件下，结的作用可以忽略不计。为了证明层之间的解耦控制结中的热传输，测量了两个方向上的热流，没有显示出热不对称或整流的证据（在实验误差条内）。对于大面积石墨烯应用，这意味着小的双层（或多层）岛对整体热传输的贡献很小或没有贡献。
2018-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cryogenic Characteristics of Graphene Composites -- Evolution from Thermal Conductors to Thermal Insulators
低温半导体电子学和超导量子计算的发展需要既能提供导热又能提供隔热的复合材料。我们证明，在低温下，石墨烯复合材料的热导率可以高于和低于参考原始环氧树脂的热导率，这取决于石墨烯填料的负载和温度。存在一个定义明确的交叉温度-高于该温度，复合材料的热导率随着石墨烯的添加而增加;低于该温度，热导率随着石墨烯的添加而降低。这种违反直觉的趋势可以通过低温下热传导的特殊性来解释：石墨烯填料既可以作为基质材料中声子的散射中心，也可以作为热的管道。我们提供了一个物理模型，解释了实验趋势的热边界电阻在低温温度和异常的热渗流阈值，这变得依赖于温度的增加的影响。所获得的结果表明，使用石墨烯复合材料在低温下去除热量和隔热组件的可能性-这是量子计算和低温冷却传统电子产品的重要能力。
2023-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Long triple carbon chains formation by heat treatment of graphene nanoribbon: Molecular dynamics study with revised Brenner potential
提出了加热石墨烯纳米带产生原子链的方法，并采用分子动力学模拟对其进行了研究。对Brenner势进行了修正，使之能更好地描述石墨烯中原子链、边和空位迁移的形成过程。在2500 K下，观察到了3和4原子排的边缘GNRs（3和4-ZGNRs）的一个根本不同的行为：在3-ZGNRs中形成了数百个原子长度的三重、双重和单重碳链，而在4-ZGNRs中仅用短链和GNR宽度减小进行边缘重构。通过分析键重组反应揭示了3-ZGNRs中的链形成机制，并基于两个过程的相互作用。第一个是3个锯齿形原子排之间的键断裂，导致三重链形成。第二种是在同一锯齿形原子行内的键断裂，其主要通过生成五边形而发生，随后五边形中的键断裂并导致单链或双链形成。对相关反应势垒的DFT计算与提出的机理一致。讨论了基于链的纳米电子器件具有可控数量的链的可能性。
2018-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Radiative Heat Transfer
导电材料中的光吸收产生其传导电子的加热，随后在皮秒内弛豫成声子，随后在较长的时间尺度上扩散到周围介质中。这种传统的光学加热图像由辐射冷却补充，辐射冷却通常以更低的速度发生，仅与保持在真空中或极端热隔离条件下的结构相关。在这里，我们揭示了相邻的等离子体支持石墨烯纳米结构之间的超快辐射冷却制度，其中非接触式热传递成为一个主导渠道。我们预测，沉积在石墨烯盘上的电子热能的>50%可以在飞秒时间尺度内转移到相邻的纳米岛。这种现象是由掺杂的石墨烯所显示的低电子热容和大等离子体场浓度的组合促进的。类似的效应应该发生在其他范德华材料，从而打开了一个未探索的途径，以有效的热管理的纳米结构。
2017-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Aromatic molecular junctions between graphene sheets: a molecular dynamics screening for enhanced thermal conductance
适当的设计和合成的分子结的目的，建立导电纳米粒子的导电网络代表了一个机会，开发更有效的导热纳米复合材料，在热管理的几个潜在的应用。在这项工作中，理论经典的分子动力学模拟进行设计和评估的各种分子作为石墨烯纳米片之间的热桥的热导率。广泛的分子结进行了研究，重点是在实验室规模合成可行的化学结构。热导率与化学结的长度和机械刚度相关。分子结的模拟拉伸变形揭示了机械响应对化学结构的微小差异非常敏感。振动态密度的分析提供了对界面振动性质的深入了解。提出了一种知识驱动的分子结结构设计方法，旨在控制纳米材料中的界面热输运。这种方法可以允许在纳米器件中设计更有效的热管理，包括柔性散热器、体换热器和热存储器件。
2019-10-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Million-atom heat transport simulations of polycrystalline graphene approaching first-principles accuracy enabled by neuroevolution potential on desktop GPUs
本文利用神经进化势（NEP）在桌面GPU上实现百万原子级多晶石墨烯热输运模拟，定量揭示了晶界和应变对热导率的影响机制。
2024-10-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Optimized Active Cooling and Refrigeration using Antidoted Graphene for Heat Management of Microelectronics
利用人工缺陷技术，可以对许多二维层状材料的能带结构和输运性质进行调控。一种原型材料系统是解毒石墨烯片，其中使用纳米尺度的聚焦离子或电子束制造周期性孔。在这里，我们研究的导电性，热电势，和主动的冷却和制冷速率的解毒石墨烯样品具有不同的孔半径和孔间距离。我们使用的计算方法，考虑到传输的载流子能量的敏感性，它可以用来描述在扩散，弹道和量子跳跃制度的弹性和非弹性散射。结果表明，与传统的计算方法相比，新的计算方法得到的结果与实验数据更加吻合。还有趣的是，看到冷却和制冷的优化的活性速率对孔间距离和孔半径的分布变化非常稳健，这意味着易于工业化和廉价的制造。同样的分析和研究也可以扩展到许多其他层状材料，包括过渡金属二硫属化物（TMD），蓝色磷烯和碲。
2022-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal Properties of Graphene, Carbon Nanotubes and Nanostructured Carbon Materials
近年来，材料的热性能引起了科学界和工程界的广泛关注。碳同素异形体和衍生物在其导热能力方面占据独特的位置。碳材料的室温热导率跨越了非常大的范围-超过五个数量级-从最低的无定形碳到最高的石墨烯和碳纳米管。我回顾了碳材料的热性能和热电性能，重点介绍了石墨烯、碳纳米管和具有不同无序度的纳米结构碳材料的最新研究结果。特别注意的是，在二维晶体中，特别是在石墨烯的热传导的不寻常的尺寸依赖。展望了石墨烯和碳材料在电子热管理领域的应用前景。
2011-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Effect of Non-Local Electrical Conductivity on Near-Field Radiative Heat Transfer between Graphene Sheets
石墨烯的近场辐射热传递由其电导率确定，通常使用局部Kubo和Drude公式建模。在这封信中，我们分析了非局域性的石墨烯的电导率使用Lindhard模型结合Mermin弛豫时间近似。我们还研究了电导率随波矢的变化如何影响由真空间隙隔开的两个石墨烯片之间的近场辐射电导。结果表明，当$k_ρ$大于$100k_0$时，电导率随波矢的变化是明显的，其中$k_0$是自由空间中波矢的大小. Kubo电导率提供了两个石墨烯片之间的光谱辐射电导的准确估计，除了石墨烯的表面等离子体激元频率周围和小于20 nm的分离间隙处，其中具有$k_ρ>100k_0$的模式对辐射电导有不可忽略的贡献。Drude公式被证明对于石墨烯的电导率和辐射电导的建模是不准确的，除了在远低于费米温度的温度和远小于$2μ_c/{\hbar}$的频率下，其中$μ_c$和${\hbar}$分别是化学势和约化普朗克常数。在Lindhard模型中应适当考虑电子的散射过程，使局域电子数守恒。在无碰撞Lindhard模型中，用$ω+iγ$代替$ω$（$ω$、$i$和$γ$分别是角频率、虚部单位和散射率）不满足局部电子数守恒，并导致计算石墨烯电导率和辐射电导的显著误差。
2022-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
