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第一章 三维材料热物理性质概述1

1.1 引言1

1.2 固体材料热物理性质研究的科学内涵1

1.3 固体材料的热传导性质2

1.3.1 固体热传导机理概述2

1.3.2 影响材料导热系数的物理和化学因素11

1.3.3 材料导热系数测试方法18

1.3.4 应用导热性质研究材料显微结构和组织变化的若干实例22

1.4 固体材料的比热容25

1.4.1 基本理论概述25

1.4.2 电子比热容26

1.4.3 磁比热容27

1.4.4 比热容的实验研究28

1.4.5 比热容测试方法30

1.5 固体材料的热膨胀性质33

1.5.1 基本理论概述33

1.5.2 热膨胀性质与其他物性的关联性及影响因素36

1.5.3 计算热膨胀系数的经验方程41

1.5.4 热膨胀系数测试方法42

1.6 固体材料的热发射性质43

1.6.1 概述43

1.6.2 固体热发射率变化规律及其影响因素44

1.6.3 热发射率测试方法46

第二章 低维材料内的热输运过程54

2.1 概述54

2.2 热载流子与能级55

2.2.1 热载流子55

2.2.2 能级57

2.3 输运理论概述58

2.3.1 玻尔兹曼方程的简单推导58

2.3.2 弛豫理论60

2.3.3 统计分布61

2.3.4 热输运方程65

2.4 尺度和边界效应69

2.5 二维材料内的热输运过程70

2.5.1 平行于边界方向70

2.5.2 垂直于边界方向71

2.6 一维材料内的热输运过程72

2.7 零维材料的热输运过程73

参考文献77

第三章 微/纳米薄膜的热传导性质78

3.1 概述78

3.1.1 薄膜制备方法79

3.1.2 薄膜结构特点81

3.2 几类常见薄膜的热传导特点84

3.2.1 金属薄膜84

3.2.2 介电薄膜89

3.2.3 超导薄膜93

3.2.4 超晶格结构95

3.3 稳态测试方法99

3.3.1 悬膜法100

3.3.2 微桥法107

3.3.3 双热偶法108

3.3.4 双桥法109

3.3.5 比较法110

3.4 非稳态测试方法111

3.4.1 激光闪光法111

3.4.2 周期热流法116

3.4.3 3ω法118

3.4.4 皮秒/飞秒激光泵浦一探测法119

3.4.5 扫描热显微法122

3.4.6 热声法125

3.4.7 热丝法126

3.5 影响因素127

3.5.1 尺度效应127

3.5.2 晶粒尺寸的影响129

3.5.3 淀积方法的影响131

3.5.4 温度的影响132

3.5.5 各向异性133

3.6 经验模型134

3.6.1 微裂纹模型134

3.6.2 空位模型135

参考文献135

第四章 纳米管/线的热传导性质144

4.1 概述144

4.2 微米/亚微米纤维的热传导性质145

4.3 碳纳米管的热传导性质149

4.3.1 单根碳纳米管的热传导性质150

4.3.2 碳纳米管阵列的热传导性质153

4.3.3 碳纳米管结构的热传导性质155

4.4 纳米线的热传导性质157

4.4.1 半导体单质纳米线的热传导性质158

4.4.2 半导体化合物纳米线的热传导性质161

4.5 纳米管（线）复合物的热传导性质165

4.5.1 复合物的热传导性质理论关系式165

4.5.2 复合物的热传导性质影响因素167

参考文献173

第五章 纳米颗粒复合物的热传导性质178

5.1 概述178

5.2 固体纳米颗粒复合物179

5.2.1 复合物的有效导热系数179

5.2.2 纳米颗粒复合物182

5.3 纳米流体186

5.3.1 纳米流体系统186

5.3.2 纳米流体导热系数特异性及影响因素188

5.3.3 纳米流体导热系数理论模型194

5.3.4 纳米流体的应用198

5.3.5 纳米流体研究展望200

5.4 纳米孔超级隔热材料201

5.4.1 概述201

5.4.2 隔热机制202

5.4.3 合成与应用203

5.4.4 导热行为205

参考文献208

第六章 低维材料的比热容215

6.1 概述215

6.2 内能和比热容的尺度效应216

6.3 理论模型219

6.3.1 双振动模式模型219

6.3.2 膨胀晶体模型222

6.3.3 状态方程模型224

6.3.4 两级系统模型226

6.4 测试方法227

6.4.1 微量热法227

6.4.2 差分扫描量热法229

6.4.3 绝热量热法231

6.4.4 3ω法234

6.4.5 高精度交流量热法236

6.4.6 悬膜加热法238

6.5 几类典型低维材料比热容的实验结果240

6.5.1 薄膜材料的比热容240

6.5.2 碳纳米管的比热容242

6.5.3 纳米颗粒的比热容245

6.5.4 纳米分子筛的比热容247

6.6 纳米颗粒悬浮液的比热容248

参考文献250

第七章 低维材料的热膨胀性质254

7.1 概述254

7.2 晶界效应254

7.3 测试方法255

7.3.1 X射线衍射法255

7.3.2 CCD非接触法258

7.3.3 电容法259

7.3.4 微悬臂梁法261

7.3.5 椭圆偏振法263

7.4 影响因素266

7.4.1 尺度266

7.4.2 复合薄膜组分的影响268

7.4.3 温度的影响270

7.4.4 预应力的影响271

参考文献271

第八章 低维材料的热发射性质274

8.1 概述274

8.2 微尺度辐射过程275

8.2.1 辐射现象275

8.2.2 空间微尺度276

8.2.3 时间微尺度277

8.2.4 结构微尺度278

8.3 近场效应278

8.4 薄膜的辐射性质281

8.5 超细颗粒的辐射282

8.6 微尺度辐射的其他影响因素283

8.6.1 辐射介质掺杂283

8.6.2 温度284

8.6.3 微结构285

参考文献286

第九章 低维材料的热电性质288

9.1 概述288

9.2 热电材料能量转换机理289

9.2.1 热电发电原理289

9.2.2 热电制冷原理290

9.3 尺度效应292

9.3.1 常规热电材料的性能292

9.3.2 尺度效应293

9.3.3 低维热电材料研发方向296

9.4 低维材料热电性质测量技术296

9.4.1 扫描热电显微技术297

9.4.2 Peltier效应法298

9.4.3 悬丝法299

9.5 薄膜热电材料300

9.6 纳米晶热电材料303

9.7 纳米管/线热电材料304

9.8 纳米复合热电材料306

9.8.1 热电纳米粉末材料306

9.8.2 复合热电材料307

参考文献309

第十章 低维材料热物性的分子动力学模拟方法313

10.1 概述313

10.2 分子动力学方法314

10.2.1 运动方程314

10.2.2 作用势314

10.2.3 运动方程的求解318

10.2.4 平衡分子动力学320

10.2.5 非平衡分子动力学321

10.3 量子分子动力学323

10.4 分子动力学方法在低维材料热物性分析中的应用示例325

10.4.1 碳纳米管的导热系数325

10.4.2 硅纳米线的导热系数328

10.4.3 氩纳米管的导热系数331

10.4.4 纳米尺度孔隙内气体的导热系数332

10.4.5 超晶格的导热系数334

参考文献336

基本符号表339