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