低维分子热泵及相关热输运问题的理论研究

本课题旨在探讨分子尺度上的热泵或制冷问题。作为一种新型分子热器件，低维分子热泵研究对于分子水平上的制冷技术的应用和推广有着重要的意义。本课题采用有效声子理论、朗之万随机理论和经典分子动力学计算相结合的方法对低维耦合振子系统的热泵效应以及相关的热输运问题进行深入探索，通过对各种分子链和纳米结构的热输运性质进行分析和改造，拟提出经典分子热泵的器件模型。.课题首先构建分子热泵模型，从理论上分析各种理想分子模型产生热泵效应的可能性；然后，以T型分子链体系的热输运性质为研究对象，深入分析模型结构、体系温度、外加驱动力、系统尺寸等等因素对低维分子热泵效应的影响；最终揭示分子热泵的工作原理与内禀物理机制。与此同时，将其向纳米线等实际材料结构发展，探讨在真实低维材料中实现热泵效应的可行性，为分子热泵和纳米热泵的实验研究提供理论依据和材料原型。

在低维器件的热管理问题日益尖锐的情况下，课题组探讨了分子尺度上的热泵以及相关的热输运问题。.本项目课题组提出了T型分子热泵的原型，利用理论分析和分子动力学方法，阐述了分子热泵的热输运机理和工作条件。在理想模型的基础上，课题组向纳米线纳米管等实际材料结构发展，对于石墨烯可做为热控制器件的可行性进行探讨。课题组首次利用分子模拟的方法得到多层石墨烯热导率随厚度增加而下降的物理机理。提出了与热泵密切相关的双负微分热阻效应。这些研究成果大大丰富了人们对低维材料热输运机理的认识，同时对于纳米尺度的热控制和热管理技术的应用研究有着重要的指导意义。