通过边缘功能化增强石墨烯-水热力学传递,且不损害面内热导率
介观与纳米尺度物理
2026-02-19 v1
摘要
石墨烯与水之间的界面热传递在广泛的热和能源应用中发挥着关键作用。尽管化学功能化可以显著增强石墨烯-水界面热导，但往往会损害石墨烯的固有面内声子传输。本文进行了一项系统的深度神经网络分子动力学研究，比较了功能化边缘的石墨烯纳米带和功能化基面的石墨烯在水环境中的表现。我们证明，仅对 10% 的带边缘功能化添加羟基可将石墨烯-水界面热导提升超过八倍，主要是由于在边缘处加强了界面相互作用和改善了润湿性。与基面氧化不同，边缘功能化基本上保留了面内热导率。重要的是，羟基边缘群对声子传输产生竞争作用:它们引入额外的边界散射以抑制热传导，同时通过处理裸露边缘的悬垂键合，减少了声子局域化和边缘散射。这种竞争导致面内热导率对边缘功能化比例呈非单调依赖。这些结果确立了边缘功能化作为一种有效策略，用于在不牺牲固有声子传输特性的前提下增强石墨烯-水界面热传递。
引用
@article{arxiv.2602.16121,
title = {Enhanced Graphene-Water Thermal Transport via Edge Functionalization without Compromising In-Plane Thermal Conductivity},
author = {John Crosby and Haoran Cui and Mehrab Lotfpour and Yan Wang and Lei Cao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.16121},
year = {2026}
}