研究背景：
界面热阻是制约二维电子器件高效散热的核心因素，石墨烯等原子级薄的二维层状材料具备优异的电学、光学和热学性能，为延续摩尔定律的提供可能。层状二维材料可通过堆叠实现带隙可调并保持高载流子迁移率，但实际应用中石墨烯需通过范德华键合置于衬底之上，其界面弱耦合引发的高热阻成为器件散热的主要瓶颈。现有研究表明层状石墨烯的界面热导随层数变化，但相关变化趋势的报道存在明显分歧，虽证实界面耦合与层间耦合的范德华相互作用是调控界面热导的关键，却缺乏对二者如何共同调控层数依赖型界面热导的系统研究。同时传统界面声子模型因假设半无限大介质、依赖长波近似，无法适配二维-三维体系的热输运研究。
在此背景下，齐鲁工业大学等团队以石墨烯-氮化镓为研究对象，通过原子模拟系统探究界面耦合与层间耦合相互作用对石墨烯界面热输运的影响，结合谱分析技术揭示其热传导机理，为二维器件的热管理设计提供理论依据与设计指导。目前，该工作以 “Thermal transport across interface between layered graphene and substrate: Competing effects of interface and interlayer coupling on layer-dependent conductance” 为题在《International Journal of Heat and Mass Transfer》上发表，第一作者为齐鲁工业大学（山东省科学院）王权杰，通讯作者为齐鲁工业大学（山东省科学院）王权杰&东华大学刘向军研究员。
研究结果：
本文研究结论可概括为：1.采用原子模拟方法系统探究了石墨烯层数、界面耦合、层间耦合及衬底表面声子模态对石墨烯-氮化镓异质界面热输运的影响，明确了各类参数的调控作用，证实该体系界面热导随石墨烯层数增加而升高，且层数大于4 时热导增长逐渐趋于饱和。2.结合谱分析，发现石墨烯-氮化镓界面热导的95%由石墨烯面外声子贡献，层数增加带来的热导提升源于低频区域新增的面外声学（ZA）模式分支，其为界面声子传输提供额外通道，有效增强了石墨烯与衬底底间的声子耦合强度。3.界面耦合与层间耦合在界面热传输中存在竞争效应：增强界面耦合会降低热导对石墨烯层数的依赖性，而增强层间耦合可缓解层间声子失配问题，恢复界面热导的层数依赖型提升特性。4.阐明了界面热导对层间耦合的非单调依赖机理，层间结合能与界面结合能接近时界面热导达峰值，层间结合能过高或过低都会使热导下降，且该规律在石墨烯-二氧化硅、石墨烯-氮化铝体系及粗糙界面进行了验证，发现其具有普适性。5.揭示衬底表面声子模式的重要作用，其为石墨烯-氮化镓界面热输运提供额外通道，热导贡献约为1.5~2 MWm-2K-1，该数值受层数、界面/层间耦合强度及温度影响很小。6.确定了调控二维-三维范德华异质界面热输运的有效途径，可通过工程化调控界面与层间的范德华相互作用、合理选择基底类型匹配振动光谱，实现界面热导的高效优化，研究结果为二维器件的界面热设计与热管理提供了关键理论参考与设计指导。详细结果如下：
图1 层数及界面耦合强度变化对层状石墨烯界面热导的影响
图2 层数对石墨烯-氮化镓界面热导影响的机理分析
图3 界面耦合对石墨烯-氮化镓界面热导影响的机理分析
图4 界面耦合-层间耦合在层状石墨烯界面热传输中的竞争效应
图5 衬底表面声子模式对界面热导的影响分析
期刊：International Journal of Heat and Mass Transfer
题目：Thermal transport across interface between layered graphene and substrate:Competing effects of interface and interlayer coupling on layer-dependent conductance
作者：Quanjie Wang, MuDu, XiaohuWu, Zhaoqiang Chen, Xiangjun Liu, Guihua Tang
DOI：10.1016/j.ijheatmasstransfer.2026.128598
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