【线上会议】基于声子波动和粒子特性的热输运调控（马登科丨华中科大杨诺课题组）

北岛

<会议简介>

计算材料线上研讨会（Computational Materials Online Seminar, CMOS）是一个以交流为目的非营利性的国际学术会议，以“开拓计算研究，促进材料发展”为宗旨，致力于服务从事计算材料研究的国内外相关人员，科学家和工程师。其涵盖的范围不仅包括材料学科，还包括物理、化学、生物、数学和工程等交叉领域。

CMOS采用国际学术会议标准，依托于互联网，基于专题组织者负责的小组在线讨论形式，突破传统会议的时间、地域限制，旨在为材料科学等领域的学术交流提供灵活的协作、讨论、交流环境，增进国内外学术同行的交流。该研讨会的使命是促进学术沟通，拓展科学研究。

了解第1704期更多内容：【会议预告】2017计算材料线上研讨会（第1704期）持续来袭！8月每周二晚20:00与您不见不散！

<专题/报告人征集>

CMOS 2017持续征集专题组织者（在线申请：http://cn.mikecrm.com/82fr4bh）、接收报告人提交摘要（在线投递：http://cn.mikecrm.com/1olN3s6），如果您希望开展某一专题研讨或成为报告人，申请提交后我们会尽快与您取得联系。

<报告人及课题组介绍>

马登科，华中科技大学工程热物理专业在读博士，主要从事纳米材料热输运调控和界面热输运理论的研究。

联系邮箱：dengke@hust.edu.cn

纳米传热实验室（Nano Heat Group）隶属于华中科技大学能源与动力工程学院，我们的研究专注于纳米尺度的能量转换和热能的管理，主页：http://nanoheat.energy.hust.edu.cn/news.html

继电子学光子学之后,目前声子学和声子器件的研究进展备受关注。声子学的研究对象包括热电材料、热二极管、热斗蓬和热超构材料等。热电材料能够实现能量从热能到电能的直接转化，可以将工业生产和日常生活中大量的废弃热能变为有用的电能，从而应对能源替代的问题。研究热电材料的关键是如何提高纳米热电材料的能量转换效率，即热电材料的性能参数zT。理想的热电材料需要具有很低的热导率和高的电导率。因此我们关注研究具有极低热导率的纳米材料。

目前本课题组研究具有纳米结构的半导体材料（硅纳米线、纳米结构硅声子晶体和石墨烯纳米带等）。通过纳米机构特有的声子调控机制，例如折叠、弯曲等，它们的热导率不仅远低于传统体块材料，而且电学特性基本接近体块材料。因此它们的热电转换效率会接近甚至高于传统体块材料，加之成本低廉，非常适合大规模产业化。

此外，随着微电子领域热耗散问题越来越重要，本课题组同时也关注影响热耗散的微、纳尺度电子器件的界面热阻问题。另外太阳能海水淡化也是我们的关注热点之一。众所周知，水是人类生活的必需，因此，海水淡化作为人类目前获取水资源的一个重要途径，在许多领域变得非常重要。而将太阳能这种清洁可再生能源用于海水淡化无疑是十分可取的。

<报告简介>

Wave effects of phonons can give rise to controllability of heat conduction in nanostructures beyond that by particle scattering at surfaces and interfaces. We propose a new class of three-dimensional nanostructures: a silicon-nanowire-cage (SiNWC) structure consisting of silicon nanowires (SiNWs) connected by nano-cross-junctions, and find an ultralow value of thermal conductivity of SiNWC, 0.173Wm−1 K−1,which is one order lower than that of SiNWs. By further modal analysis and atomistic Green's function calculations, we identify that the large reduction is due to significant phonon localization induced by the phonon local resonance and hybridization at the junction part in a wide range of phonon modes. This localization effect does not require the cage to be periodic, unlike the phononic crystals, and can be realized in structures that are easier to synthesize, for instance in a form of randomly oriented SiNW network.

Different from previous studies on divergence/non-diffusive of thermal conductivity in nano-structures with different size, we found a novel non-homogeneous (graded) thermal conductivity along the radius direction in a single disk structure. We found that, instead of a constant value, the grapheme disk and carbon nanocone has a graded thermal conductivity along the radius direction. That is, Fourier’s law of heat conduction is not valid in two dimensional graphene disk structures。What is more interesting, the graded effect is not diminished when the interatomic force constant is weakened and mean free path is shorten. That is, besides nanoscale, the graded effect can be observed in macroscale graphene or CNC structures.