纳米结构的非傅里叶导热

本书的核心内容定位于研究纳米结构的非傅里叶热输运规律，系统介绍纳米结构中载热子的微观热输运机理、热输运和热物性对结构的依赖性、热流-热导率-温度场之间的关系及其相关研究方法，包括弹道-扩散导热、纳米结构的等效热导率、弹道约束热阻、热波、声子水动力学与第二声、低维材料中的反常导热、声子拓扑效应，以及相关的计算模拟和实验测试方法。
本书可作为能源动力、工程热物理等相关专业的高年级本科生或研究生的专业参考用书，也可作为微纳米尺度传热、电子器件热管理、热功能材料研发等相关领域的科研人员与热设计工程师的参考书。

序
前言
第1章 绪论 1
1.1 纳米导热的背景 1
1.1.1 电子器件热管理 2
1.1.2 热功能纳米材料 3
1.1.3 超快热过程 5
1.2 热量的输运机制 6
1.3 傅里叶导热定律与热导率 9
1.4 纳米结构与非傅里叶导热 12
1.5 本章小结 15
参考文献 15
第2章 弹道-扩散导热 17
2.1 扩散导热和弹道导热 17
2.1.1 扩散与弹道导热 17
2.1.2 声子平均自由程的定义 19
2.2 边界温度跳跃 23
2.2.1 声子黑体边界的温度跳跃 23
2.2.2 界面声子性质不匹配对温度跳跃的影响 27
2.3 边界热流滑移 31
2.3.1 薄膜边界的热流滑移 31
2.3.2 界面声子性质不匹配对热流滑移的影响 34
2.4 界面声子热输运的双向调控 38
2.4.1 同质界面 43
2.4.2 异质界面 45
2.5 本章小结 48
参考文献 48
第3章 纳米结构的等效热导率 51
3.1 多约束纳米结构的等效热导率 51
3.2 扩展热阻 55
3.2.1 宏观尺度的扩展热阻 55
3.2.2 弹道效应对扩展热阻的影响 57
3.2.3 色散关系对扩展热阻的影响 59
3.3 内热源纳米结构的等效热导率 63
3.4 纳米线径向导热的等效热导率 67
3.5 纳米多孔结构的等效热导率 74
3.5.1 纳米孔结构中声子边界散射的各向异性 74
3.5.2 二维纳米孔结构中声子边界散射的各向异性 75
3.5.3 等效热导率边界粗糙度依赖关系的各向异性 78
3.6 本章小结 80
参考文献 81
第4章 纳米约束的弹道热阻 84
4.1 约束热阻 84
4.1.1 扩散约束热阻 85
4.1.2 弹道约束热阻 87
4.2 搭接碳纳米管间的界面热阻 88
4.2.1 搭接碳纳米管间热阻的变化规律 89
4.2.2 管间热阻理论模型 91
4.2.3 碳纳米管间的弹道热阻 93
4.3 石墨烯纳米约束的弹道热阻 95
4.3.1 石墨烯中弹道热阻的特性 96
4.3.2 二维弹道热阻理论模型 99
4.3.3 弹道热阻网络 100
4.4 本章小结 105
参考文献 105
第5章 弹道热波 107
5.1 傅里叶导热定律的缺陷与热波模型 107
5.1.1 傅里叶导热定律的缺陷 107
5.1.2 CV热波模型 108
5.1.3 双相弛豫模型 108
5.1.4 普适导热定律 109
5.2 热波的典型波动行为 110
5.2.1 热波的反射与折射 110
5.2.2 热波的矢量特性 121
5.3 弹道热波及其热输运机制 128
5.3.1 弹道热波的物理图像 128
5.3.2 纳米结构中的弹道热波传递 137
5.3.3 弹道热波的热输运机制 145
5.4 超弹道热波 145
5.4.1 超弹道热波现象 145
5.4.2 超弹道热波的物理机理 148
5.5 本章小结 152
参考文献 152
第6章 声子水动力学与第二声 154
6.1 声子散射与声子水动力学 154
6.1.1 声子N散射与R散射 156
6.1.2 第二声及其实验验证 160
6.1.3 低维材料中的声子水动力学窗口 165
6.2 声子水动力学模型 168
6.2.1 宏观水动力学模型 168
6.2.2 唯象声子水动力学 173
6.2.3 声子玻尔兹曼方程的数值解 176
6.3 声子水动力学区的导热 181
6.3.1 声子水动力学稳态导热 181
6.3.2 声子水动力学瞬态导热 198
6.4 本章小结 201
参考文献 202
第7章 低维材料中的反常导热 204
7.1 反常导热及其特征 204
7.1.1 热导率的尺寸效应 204
7.1.2 热流自相关函数 205
7.1.3 反常热扩散 206
7.2 线性响应理论 207
7.2.1 非决定性热传导方程 207
7.2.2 能量涨落模型 212
7.3 反常扩散 213
7.3.1 分数阶玻尔兹曼方程 213
7.3.2 宏观热传导方程 221
7.3.3 随机游走模型 224
7.4 本章小结 226
参考文献 227
第8章 声子拓扑效应 229
8.1 拓扑物理的基本概念 229
8.2 声子拓扑效应 231
8.2.1 拓扑声子理论与拓扑声子态 231
8.2.2 AlGaN中的拓扑声子态——外尔点 237
8.2.3 GaN中的拓扑声子态——节点线和节点面 252
8.2.4 拓扑声子表面态的讨论 256
8.3 拓扑声子的热输运性质 257
8.4 本章小结 258
参考文献 259
第9章 纳米导热的计算模拟 262
9.1 **性原理计算 262
9.1.1 密度泛函理论 262
9.1.2 声子性质计算 267
9.1.3 电声耦合计算 271
9.2 分子动力学模拟及模式分解 276
9.2.1 分子动力学模拟概述 276
9.2.2 非平衡态分子动力学和模式分解 279
9.2.3 平衡态分子动力学和模式分解 284
9.3 声子蒙特卡罗模拟 286
9.3.1 系综声子蒙特卡罗 288
9.3.2 声子跟踪蒙特卡罗方法 290
9.3.3 两步声子跟踪蒙特卡罗方法 291
9.4 耦合模拟方法 294
9.5 本章小结 298
参考文献 299
第10章 纳米导热的实验测试 302
10.1 谐波测试 302
10.1.1 标准3ω方法 302
10.1.2 多电极3ω-2ω方法 309
10.2 单臂和双臂微器件测试 312
10.2.1 单臂微器件法：T形法 312
10.2.2 双臂微器件法 317
10.3 激光TDTR和FDTR 319
10.3.1 TDTR技术 322
10.3.2 FDTR技术 323
10.4 反射热成像 324
10.5 拉曼探测 327
10.6 本章小结 331
参考文献 332