低維系統中的輸運和擴散行為研究

《低維系統中的輸運和擴散行為研究》是依託廈門大學，由趙鴻擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：低維系統中的輸運和擴散行為研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：趙鴻
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

趨向平衡是非平衡態統計物理的核心問題，決定了系統輸運和擴散等統計物理性質。本項目研究低維系統從近平衡態趨向平衡的問題，發展低維系統輸運和擴散的一般性理論與分析方法，揭示熱傳導係數對系統尺寸的依賴規律、流關聯函式隨時間衰減的規律、物理量密度漲落的擴散規律、不同的輸運過程之間的耦合關係。為此，我們不僅擬運用數值模擬和理論分析研究典型的低維流體和低維晶格模型，也擬發展大尺寸單晶石墨烯等二維材料的製備技術和低維材料熱傳導測量技術，藉助實驗研究二維材料熱傳導隨樣本尺寸的依賴關係。同時，為了理解晶格材料中的擴散運動，擬研究粒子在不同結構的二維散射子中的散射規律，揭示粒子在材料中正常擴散、超擴散、亞擴散發生的條件和機制。在深入理解輸運和擴散規律的基礎上，研究控制低維系統熱輸運的理論和方法，結合實驗研究，探索利用低維特性提高熱電材料性能的新途徑，探索微納米材料和器件的散熱問題。

結題摘要

本課題主要任務包括研究以低維流體和低維晶格模型為對象的低維系統從近平衡態趨向平衡的問題，發展低維系統輸運和擴散的一般性理論與分析方法，揭示熱傳導係數對系統尺寸的依賴規律；發展大尺寸單晶石墨烯等二維材料的製備技術和低維材料熱傳導測量技術，藉助實驗研究二維材料熱傳導行為,並試圖實現理論與實驗的緊密結合；在此基礎上，研究控制低維系統熱輸運的理論和方法，探索利用低維特性提高熱電材料性能的新途徑。整體而言我們在三個方面都取得了重要的進展。主要包括（1）明晰了低維系統熱輸運和擴散問題整體框架和問題，進一步的後續工作有望建立完整的系統理論，成為統計物理成功套用於實際系統的一個典型例子。具體進展包括揭示了低維晶體內部相互作用勢的對稱性對熱傳導行為的影響，將會對低維系統熱傳導今後的理論和實驗研究具有重要的意義；揭示了外壓力通過影響低維材料內部勢的對稱性影響熱傳導的機制,給出了定性分析理論；獲得了一般布朗粒子擴散係數的計算公式，是布朗運動理論的重要進展；首次發現無序材料中能量擴散存在“非高斯正常擴散”現象。（2）首次確定了熱電轉換性能理論上限並揭示了其微觀動力學機制，是熱電轉換理論研究上的重要突破，有潛在的重要套用價值。（3）在石墨烯的製備和輸運方面取得了一系列的進展，包括大尺寸單層/多層石墨烯的可控制備，石墨烯螢光蛋白感測器機制研究，石墨烯/鉑襯底上直接范德瓦爾斯外延生長MoS2/石墨烯異質結，MoS2 domain 在石墨烯襯底上隨溫度變化的形貌演變，單層石墨烯晶界的直接可視化等。同時，在理論和實驗結合研究方面則沒有完全實現預期的計畫。本項目發表了表明資助文章60餘篇，第一標註文章20餘篇。