Tuning the Electronic and Optical properties of Graphene and Boron-Nitride Quantum Dots through Molecular Charge-transfer Interactions
采用自旋极化的第一性原理计算，以四氰基醌二甲烷（TCNQ）和四硫富瓦烯（TTF）为掺杂剂，通过分子电荷转移调控石墨烯（G）和氮化硼（BN）量子点（QD）的电子和光学性质.从我们的计算中，我们发现，掺杂剂和量子点之间的相互作用的性质是类似的掺杂剂和量子点的二维对应部分，即石墨烯和六方氮化硼片之间的相互作用。根据量子点的形成能和量子点与掺杂剂之间的距离，我们发现两种掺杂剂都物理吸附在量子点上。此外，我们发现，GQD强烈的相互作用与掺杂剂相比，BNQDS。有趣的是，虽然掺杂剂被物理吸附在量子点上，但它们的相互作用导致量子点的HOMO-LUMO能隙减小了一半以上。我们还观察到自旋极化HOMO-LUMO间隙在某些量子点掺杂剂复合物。Mulliken布居分析，态密度（DOS），投影DOS（pDOS）图和光学电导率计算已经进行了支持和理解上述发现背后的原因。
2013-04-03 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Calculation of Thermal Transport in the Metal/Graphene System
采用基于Landauer形式的原子声子输运模型和第一性原理计算，分析了金属/石墨烯（Gr）体系的热性质.研究中的具体结构包括化学吸附的Ni（111）/Gr、物理吸附的Cu（111）/Gr和Au（111）/Gr以及具有中间特性的Pd（111）/Gr。计算结果表明，界面微观结构的细节上的热传递的强烈依赖。特别是，它表明，化学吸附的情况下，提供了一个一般较小的界面热阻比物理吸附由于更强的结合。然而，我们的计算也表明，弱化学吸附界面的Pd/Gr可能是一个例外，与最大的热阻之间的考虑。静电势和原子间力常数的进一步研究表明，Pd和C原子之间的混合键合力导致Pd和石墨烯轨道状态在结处的不完全杂化，有效地导致两个声子界面和大于预期的热阻。与现有的实验数据进行比较，显示出良好的一致性。结果表明，声子工程的界面处的热性能优化的可行性。
2013-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single 3$d$ transition metal atoms on multi-layer graphene systems: electronic configurations, bonding mechanisms and role of the substrate
用X射线磁性圆二色性和电荷转移多重态理论研究了Fe、Co、Ni和Cu吸附原子在石墨烯和石墨表面的电子构型。长程相互作用和局部化学键之间的微妙的相互作用被发现影响吸附原子的平衡距离和磁矩。Fe和Co的结果与在石墨烯和石墨上具有不同3个$d$ -壳的纯物理吸附物质（分别为$d^{n+1}$和$d^n$）一致.另一方面，对于晚期3 $d$金属Ni和Cu，发现化学吸附的趋势，其强烈地淬灭两个衬底上的磁矩。
2014-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Friction of Physisorbed Nanotubes: Rolling or Sliding?
基于最新的原子间力场理论，对沉积在石墨烯上的碳纳米管和h-BN纳米管的结构和运动进行了理论研究。结果表明，任何典型的柱面近似基本上是不准确的。NT倾向于在与基底的界面处变平，并且在驱动时，它们可以根据它们的尺寸和它们与基底的相对取向而滚动或滑动。在外延对齐的方向，我们发现，滚动始终是主要的运动机制，产生的动摩擦线性增长的墙壁的数量，反过来又造成了前所未有的超线性缩放的接触面积。30度的错位提高了超润滑效果，使滑动有利于滚动。由此产生的滚动到滑动的过渡未对齐的NT解释方面出现在大型多壁管，这是负责增加的旋转刚度的小面。修改的几何条件提供了一个额外的手段，大幅剪裁在这个独特的摩擦学系统的摩擦性能。
2020-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charge transfer and weak bonding between molecular oxygen and graphene zigzag edges at low temperatures
电子顺磁共振（EPR）研究空气物理吸附的缺陷碳纳米洋葱的证据有利于微波辅助形成弱结合的顺磁复合物，包括带负电荷的O2-离子和携带π电子自旋的边缘碳原子。这些位于石墨烯边缘上的复合物在低温下是稳定的，但在高于50-60 K的温度下不可逆地解离。这些EPR的发现是合理的密度泛函理论（DFT）的计算表明，从石墨烯类材料的锯齿形边缘的电子转移到物理吸附在石墨烯片边缘的氧分子。这种电荷转移导致吸附的氧分子的自旋状态从S = 1变为S = 1/2。DFT计算显示氧分子的吸附能的显著变化和电荷转移对石墨烯类基底形态（平坦的和波纹状的单层和双层石墨烯）的变化以及边缘钝化的鲁棒性。H-和COOH-封端的边缘碳位点的存在与这种波纹状基板形态允许形成ZE-O2-顺磁性复合物，其特征在于小（<50 meV）的结合能，也解释了它们的不可逆解离，如EPR所揭示的。
2016-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Localized in-situ polymerization on graphene surfaces for stabilized graphene dispersions
我们展示了一种新的原位聚合技术，在分散的原始石墨烯片的表面上开发本地化的聚合物涂层。石墨烯片作为聚合物纳米复合材料中的强导电填料显示出很大的前景;然而，分散质量和填料与基质之间的界面强度的困难一直是石墨烯基纳米复合材料，特别是原始石墨烯的持续问题。为了解决这个问题，使用物理吸附的聚合物层来稳定溶液中的石墨烯片。为了形成这种保护层，在表面活性剂溶液中分散的石墨烯片周围形成有机微环境，并通过界面聚合产生尼龙6，10或尼龙6，6涂层。一种类似的技术最初是为了保护溶液中碳纳米管的发光特性而开发的。这些涂覆的石墨烯分散体是抗聚集的，并且甚至在冷冻干燥后也可以可逆地再分散在水中。涂层石墨烯具有许多应用前景，包括多功能石墨烯-聚合物纳米复合材料。
2011-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Physisorption of Nucleobases on Graphene
我们报告了我们的第一性原理研究的结果的核碱基腺嘌呤（A），胞嘧啶（C），鸟嘌呤（G），胸腺嘧啶（T），和尿嘧啶（U）与石墨烯的相互作用，进行密度泛函理论的框架内，利用Hartree-Fock加上二阶Moeller-Plesset微扰理论的额外计算。计算得到的碱基结合能大小顺序为G > T ~ C ~ A > U，平衡构型十分相似。我们的结果清楚地表明，核碱基表现出显着不同的相互作用强度时，物理吸附在石墨烯上。基础分子和石墨烯片之间的相互作用中的稳定因素由分子极化率主导，该分子极化率允许在它们之间诱导弱吸引分散力。目前的研究代表了一个重要的一步，对第一原理的理解如何DNA的碱基序列可以影响其与碳纳米管的相互作用，实验观察。
2007-04-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Platinum-Decorated Graphene: Experimental Insight into Growth Mechanisms and Hydrogen Adsorption Properties
本研究利用扫描隧道显微镜和热脱附光谱分析铂在外延石墨烯上的团簇生长机制及氢吸附行为，证明铂功能化石墨烯可在室温相关条件下稳定储氢。
2023-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Manipulation of heat current by the interface between graphene and white graphene
本文采用分子动力学模拟和非平衡格林函数方法研究了石墨烯和六方氮化硼（所谓的白色石墨烯）之间的界面热流。这两种不同的方法发现了相同的现象，即热流随着界面长度的增加而线性减小，并且锯齿形界面比扶手椅形界面引起更强的热流减小。这些现象都解释了晶格动力学分析和传输函数的解释，这都表明，局域声子模式的界面负责的热管理。锯齿形界面的室温界面热阻约为$7\times10^{-10}$ m $^{2}$ K/W，扶手椅形界面的室温界面热阻约为$3.5\times10^{-10}$ m $^{2}$ K/W，这直接导致锯齿形界面的热还原作用较强。我们的理论研究结果为实验人员提供了一条特定的途径，通过塑造这两种材料之间的界面来控制石墨烯和六方氮化硼化合物中的热传输。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Heat transfer between weakly coupled systems: Graphene on a-SiO2
本文研究了平界面弱耦合系统间的传热问题。我们提出了一个简单的分析结果，可以用来估计传热系数。作为一个应用程序，我们考虑石墨烯和无定形二氧化硅之间的热传递。传热系数的计算值与实验值吻合较好。
2010-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of common solvent molecules on graphene and MoS$_2$ from first-principles
溶剂是二维（2D）材料生产和加工中的重要元素。例如，层状材料的液相剥离需要溶剂以防止所得单层再聚集，而功能原子和分子的溶液通常用于改变层的性质。一般认为，这些溶剂不会与涂层发生强烈的相互作用，因此它们的影响可以忽略不计。然而，实验证据表明，溶剂和层状材料之间明确的原子尺度相互作用可能在剥离中起着至关重要的作用，并导致层中意外的电子变化。关于溶剂分子和2D层之间相互作用的精确性质知之甚少。在这里，我们使用密度泛函理论计算，以确定各种常见的溶剂分子的吸附配置和结合能，极性和非极性，在两个最流行的二维材料，即石墨烯和MoS $_2$。我们表明，这些分子是物理吸附在表面上，它们之间的电荷转移可以忽略不计。我们发现不同分子的吸附强度与溶剂的极性无关。然而，我们发现，分子诱导一个显着的电荷重排吸附后，由于在分子中的极性键在界面处。
2018-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Thermal transport in van der Waals graphene/boron-nitride structure: a molecular dynamics study
在范德瓦尔斯异质结构中，石墨烯/h-BN异质结构是二维纳米电子器件的合适候选者。本文采用非平衡分子动力学模拟方法，研究了石墨烯/h-BN双层结构和石墨烯/h-BN范德华异质结构（即h-BN薄片周期性地插入石墨烯层的顶部和底部）中的热传输。结果表明，随着体系长度的增加，石墨烯/h-BN双层材料的热导率增加。此外，石墨烯/h-BN异质结构中的热传输比单层石墨烯或单层h-BN中的热传输增强。尺寸效应分析表明，当体系尺寸大于100 nm时，通过石墨烯/h-BN双层结构各层的热通量趋于收敛。研究结果有助于理解范德华异质结中的热传导现象，并有助于改进异质结的设计，以获得更好的热管理和散热效果。
2021-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Registry dependent potential for interfaces of gold with graphitic systems
我们提出了一个半各向异性界面势（SAIP），旨在经典地描述金和二维（2D）碳同素异形体，如石墨烯，富勒烯，或烃分子之间的相互作用。该势能够准确地再现在选定的配置上进行的色散校正密度泛函理论（DFT+D3）计算：平坦的石墨烯片、苯分子和物理吸附在Au（111）表面上的C $_{60}$富勒烯。弯曲和氢钝化的潜在条款的影响进行了讨论。所提出的SAIP电位提供了一个显着的改进，在国家的最先进的描述Au-C接口。此外，它的功能形式是适合于描述其他二维和散装材料之间的界面相互作用。
2021-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning electronic heat transport in graphene/metal heterostructures with ultralow thermal conductivity
现有的超低热导率材料由于材料中有限的电子传输而不适用于热电应用。在这里，我们提出了一类新的超低热导率材料与大量的电子热传输。我们的样品是通过热蒸发或射频磁控溅射沉积的转移石墨烯和金属钯膜（Pd，Au和Ni）的石墨烯/金属异质结构。对于蒸发的样品，我们实现了0.06 W m-1 K-1的超低热导率，声子作为主要的热载体。超低的热导率是由于石墨烯和金属中声子能量的巨大差异。有趣的是，对于溅射样品，我们发现，约50%的热量是由电子携带的，即使热导率约为0.1 W m-1 K-1。我们将电子贡献归因于电子在石墨烯中穿过原子级针孔的传输。这种具有超低导热系数和电子输运特性的新材料有望在热电领域得到应用。
2018-06-26 cond-mat.mtrl-sci
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
Dissipative Van der Waals interaction between a small particle and a metal surface
我们使用波动电磁场的一般理论来计算作用在小中性粒子上的摩擦力，例如，物理吸附的分子，或具有任意色散和吸收介电特性的纳米级物体，在金属表面附近移动。我们考虑了电磁摩擦对温度$T$的依赖性，分离$d$，并讨论了屏蔽，非本地和延迟效应的作用。我们发现，对于高电阻率材料，耗散范德华相互作用可以是一个重要的机制，振动能量弛豫的物理吸附的分子，和摩擦的微观固体。讨论了与电磁耗散剪应力有关的几个有争议的问题。STM针尖的表面局部加热的问题也简要评论。
2006-05-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Role of Metal Centers in Tuning the Electronic Properties of Graphene-Based Conductive Interfaces
制造有效的生物有机纳米电子器件的主要瓶颈在于存在于形成复杂系统的不同界面处的强电荷复合。克服这一瓶颈的有效方法是在生物材料和电极之间添加分子的自组装单层（SAM），其促进有效的直接电子转移，同时最小化电荷重组的浪费过程。在这项工作中，一个芘-次氮基三乙酸层携带不同的金属中心的SAM物理吸附在石墨烯上的存在下，充分描述了通过电化学分析，场发射扫描电子显微镜，光电化学表征和理论计算。我们的多学科研究表明，金属中心在界面处的有效电子转移中起着关键作用。虽然Ni 2+负责从SAM到石墨烯的电子转移，但Co 2+和Cu 2+强制从石墨烯到SAM的相反转移。此外，由于Cu 2+由于强电荷复合而抑制电子转移，因此Co 2+似乎是用于有效电子转移的过渡金属的选择。
2019-10-22 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
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
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 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
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
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
Pyroelectric origin of the carrier density modulation at graphene-ferroelectric interface
采用连续近似方法研究了铁电体上多层石墨烯的静态和高频热耗散。我们证明了焦耳热效应，由高频交流电流在石墨烯中引起的，在铁电衬底中产生明显的温度梯度。热释电效应将梯度转化为自发极化梯度。因此，高频去极化电场发生并穿透多层石墨烯。石墨烯中的自由电荷立即屏蔽电场，因此它们的密度以高频振荡。计算结果表明，热释电效应可以改变石墨烯-铁电体界面处的自由载流子密度，从而改变多层石墨烯沟道的电导率。因此，热释电机制对于理解太赫兹频率下石墨烯-铁电界面上发生的复杂物理热和电学过程至关重要。
2012-10-23 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
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
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
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
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
Effect of heating and cooling of photogenerated electron-hole plasma in optically pumped graphene on population inversion
我们研究了高温下光泵石墨烯层中光生电子空穴等离子体的特性，其中光学声子的发射和吸收的带间和带内过程起着至关重要的作用。考虑了电子-空穴等离子体的加热和冷却以及非平衡光学声子的影响。计算了光泵浦石墨烯层的准费米能级和有效温度随泵浦光强度的变化关系。考虑了动态电导率随抽运强度的变化以及在一定频率范围内电导率变为负值的条件。所考虑的效应可以显著影响与粒子数反转相关的光泵浦石墨烯层中的负动态电导率的实现，并且因此影响在室温下操作的基于石墨烯的太赫兹和红外激光器的实现。
2011-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Heating Isotopically Labelled Bernal Stacked Graphene: a Raman Spectroscopy Study
当今纳米电子学最大的问题之一是如何控制组件的加热。石墨烯是一种很有前途的材料，对其热性能的研究是非常必要的。在这里，加热的双层结构的效果进行了研究，使用原位拉曼光谱。为了观察对每个单独层的影响，合成了同位素标记的双层石墨烯，其中两层由不同的碳同位素组成。因此，拉曼光谱中的声子的频率相对于彼此移动。这种技术被用来研究不同的堆叠顺序的影响。结果发现，在通过化学气相沉积（CVD）生长的双层石墨烯中，对于Bernal堆叠和随机取向的结构，两层的行为非常相似，而对于转移的样品，各层的行为更加独立。这突出了对样品制备程序的显著依赖性。
2014-02-12 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
Electron heating and mechanical properties of graphene
本文研究激光辐照石墨烯引起的电子加热如何改变碳-碳键强度并诱导结构屈曲，揭示一种光力耦合效应，可在微米级样品中产生约50纳米挠曲。
2019-05-30 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
Tailoring Drug Mobility by Photothermal Heating of Graphene Plasmons
我们提出了一种理论方法来定量确定光热驱动的增强红外激光照射下的石墨烯-吲哚美辛混合物的分子流动性。石墨烯等离子体吸收入射的电磁能量并将其消散为热量。吸收的能量取决于石墨烯等离子体的光学性质，这是敏感的结构参数，和浓度的等离子体纳米结构。利用理论模型，计算了不同浓度石墨烯等离子体激元作用下，药物本体的温度梯度。从这些，我们确定的结构分子松弛和扩散的吲哚美辛的温度依赖性，并找到如何加热过程显着提高药物的流动性。
2021-12-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
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
