自折叠石墨烯薄膜结构依赖性热输运行为的预测及分子动力学模拟验证

理解微观结构与整体性能之间的关系是材料设计和应用的基本关注点之一。作为自然界中普遍存在的结构构型，折叠形貌也广泛存在于石墨烯基纳米材料中，即石墨烯折叠。最近，一种自折叠石墨烯薄膜材料已通过石墨烯折叠的组装成功制备，并在热管理中展现出广阔的应用前景。然而，自折叠石墨烯薄膜的热性质对石墨烯折叠结构特征的依赖关系仍不明确。我们在此开发了一个解析模型来描述自折叠石墨烯薄膜中的热输运行为。我们的模型展示了石墨烯折叠的几何结构与自折叠石墨烯薄膜热性质之间的关系。温度分布和热导率的预测得到了分子动力学模拟的良好验证。利用该模型，我们进一步研究了拉伸过程中自折叠石墨烯薄膜热导率随展开变形的演化。此外，还揭示了石墨烯折叠几何不规则性的影响。有趣的是，对自折叠石墨烯薄膜在拉伸下输运行为的预测与石墨烯基应变传感器中报道的一些类似实验观察相吻合。我们的结果不仅揭示了石墨烯基器件应用中某些物理现象背后的机制，而且为自折叠石墨烯薄膜及其他具有折叠微观结构的石墨烯组装体的性质设计提供了实用指南。