石墨烯基材料由于优异的室温热导率，在工程热管理和复合材料热传导增强方面具有极高的应用价值。因此，表征其热传导特性和理解相应机制具有重要意义。

  基于第一性原理晶格动力学，我们系统研究了单层石墨烯、多层石墨烯和体相石墨系统中的声子热传导行为，重点包括： 1）尺度效应；2) 温度效应；3）应力效应；5）应力与尺度耦合效应；6）随着层数的增加，当从二维度单层石墨烯过渡到三维体相石墨，热传导行为的维度效应。基于此研究，我们得到如下主要结论：1）对于单层石墨烯、三层石墨烯和石墨，计算热导率与当前实验测试值吻合的相当好，表明计算方法的准确性。2）单层石墨烯面外声学声子自由程达到～8 cm（对应于本征热导率，300 K），是其热导率具有强尺度效应的根源。随着层数的增加到无限层（即石墨），热导率尺度效应逐渐降低到～8 μm；3）对于这些石墨烯基系统，在无和有张应力条件下，面外声学声子主宰热传导；4）在三声子理论框架下，张应力导致单层石墨烯热导率随着尺度增加而发散；而对于多层石墨烯和石墨，他们的热导率在张应力作用下依然收敛；并且，随着应力增加，他们热导率存在峰值。背后原因在于应力依赖的热容和声子寿命间的竞争。5）对张应力作用下的单层石墨烯，增加温度加强了三声子散射，但其热导率仍然发散。应力与尺度耦合效应导致：仅在500 μm的尺寸以上时，大的应力导致更大的热导率。对于小的尺寸，这个耦合效应也导致峰值热导率。

  此系统研究增进了我们对二维热传导问题的理解；对于如何采用尺度和应力来调控石墨烯基材料的热导率也提供了洞见。

 

Bio：匡友弟，博士，2007年毕业于华中科技大学力学系，取得工程力学博士学位。从2008～至今，分别在香港城市大学建筑系、香港理工大学机械系和香港科技大学航空航天与机械系从事博士后研究。研究兴趣包括智能材料与结构、纳米力学和物理力学。代表性研究工作发表在Nano Letters、Nanoscale、Nanotechnology、Composite Science and Technology、Polymer、Carbon、Microfluidic and Nanofluidic、Smart Materials and Structures等国际学术杂志上。