纳米结构增强界面热力学传递：基于 ab initio 声子特性的蒙特卡洏模拟

近期实验表明，采用纳米结构可增强界面热传递，但不同结构形貌和尺寸对全频谱声子界面传递的贡献仍不明确。本文发展了一种多尺度方法，通过结合密度泛函计算、蒙特卡洏模拟和扩散错位方法来研究纳米结构界面上的热传递。研究了纳米结构形貌和尺寸变化引起的不同频率声子传输路径及其对热导率的贡献。结果表明，与三角形和梯形纳米结构相比，矩形纳米结构更有利于增大反射声子遇到界面概率，从而提高声子界面传递效率。纳米结构使界面热流极度非均匀，侧壁处发生显著的横向热流，形成新的热导通道。多次反射和双传输现象共存，导致存在最佳尺寸可最大化纳米结构对界面热传递的增益效应。当高度为100 nm时，最佳纳米结构宽度为100 nm，界面热导增益比最大为1.31。这些结果可指导实际高功率芯片界面热传递增强结构的设计。