《微觀體系中熱傳導的發散行為及其智慧型控制》是依託中國人民大學，由王雷擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微觀體系中熱傳導的發散行為及其智慧型控制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王雷
- 依託單位：中國人民大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
熱傳導是自然界中和電傳導同等重要的能量輸運方式。然而對前者的研究卻遠不及後者。當材料中的溫度分布不均時，熱傳導就會產生以試圖使溫度均勻分布達到熱平衡狀態。在材料的溫度遠高於其德拜溫度時，熱傳導主要由粒子振動間的耦合完成。本項目主要研究在上述情況下熱傳導的特性行為。套用方面，研究工作集中於對微觀材料中熱流的精確智慧型控制，包括熱二極體、熱三極體等熱控制模型的設計及實現。近期的相關研究已經使聲子學這個基於微觀尺度內熱信息處理的新興學科廣受關注，成為一個富有挑戰意義和實際套用價值的研究方向。理論方面採用分子動力學模擬，結合模耦合理論、重整化群理論、有效聲子理論等基本概念和方法，系統研究低維和接近實際材料的高維非線性模型中熱傳導的發散機制，發散冪指的普適性，發散冪指和熱能超擴散冪指的關聯等一系列相關問題。這些基礎問題不但具有理論上的重要性，對套用方面的研究也有重要的指導輔助作用。
結題摘要
本項目的研究主要在以下幾個方面開展：（1）二維動量守恆系統中熱傳導的普適發散特徵。研究確認了理論預期的對數發散，並指出了之前研究所得的偏離結果為有限尺度效應所導致。（2）一維動量守恆系統反常熱導的確認。研究證明了非對稱相互作用勢導致的熱導率平台現象是一種有限尺度效應，而在更大的尺度範圍內熱導率仍將如理論預期的一樣以冪律發散。（3）在暫態熱導方面研究了一系列一維晶格系統中的非穩態熱導對Maxwell-Cattaneo定律的系統性偏離，更高階的效應必須加以考慮以解釋這些偏離。另外還有一個熱二極體模型在周期溫度驅動下的頻率回響。各參數對頻率回響的影響進行了詳細計算。這些研究將有助於未來高速熱二極體，熱三極體等熱控制器件的設計工作。（4）研究了套用Green_kubo公式計算熱導率時的有限尺度效應，研究發現此效應對模型尺寸和關聯時間都滿足一個很好的冪律關係。數值遠比傳統預期為小，因此大大擴展了此公式的套用價值。（5）研究了超擴散和發散熱導之間的關聯性，發現之前學者提出的一個普適公式在含非對稱相互作用系統中結果有所偏差。因此質疑了普適關聯的存在。（6）研究了一個含外勢作用的一維硬球模型中熱和粒子的輸運過程。研究發現在所有粒子質量相等的平庸情況下，系統熱電轉換效率的ZT值可以隨模型參數的變化而迅速趨於無窮。而在非平庸的情況下ZT也可以隨系統長度的增加以較慢的速度增加，且在外勢高度很大時和其成正比增加達到很高的數值。這為高效熱電材料的設計提供了理論支持。（7）基於線性回響理論提出了一個共振聲子方法，此方法不僅計算簡單而且相對於近期提出的非簡諧聲子方法本方法得到的色散關係與有效聲子方法吻合得更好。方法的適用範圍也大大擴展。不僅可用於更多的參數範圍，更重要的是適用於雙原子模型，可以直接得出含有清晰間隙的聲子聲學支和光學支。
