《Chemical Physics Letters》于 2026 年发表题为 “Temperature-stable thermal transport in graphene antidot lattices: Phonon scattering regulation” 的研究论文。作者利用 GPUMD 与 NEP 机器学习势，系统研究石墨烯反点阵（GALs）在 100–500 K 范围内的热输运行为，并发现：与本征石墨烯随温度升高而显著下降的热导率不同，GALs 在较高温度下可进入近似稳定的平台区。
这项工作的重点并不只是降低石墨烯热导率，而是借助 NEP + GPUMD 的分子动力学与频谱分解能力，追踪不同频率声子的热导贡献和平均自由程（MFP），揭示周期纳米孔如何重构声子散射机制，并通过反点尺寸与间距实现几何调控。
图1. 石墨烯反点阵原子模型及周期纳米孔结构。
作者在单层石墨烯中周期性引入六边形纳米孔，并以孔尺寸 S 和晶格参数 a1、a2调节反点大小与间距。针对缺陷边界附近复杂的势能面和非谐相互作用，研究采用 GPUMD 中集成的 NEP 作为原子间势，并通过 HNEMD 计算热导率；GPUMD 的频谱分解进一步用于获得频率分辨热导率和声子 MFP。
图2. 本征石墨烯与 GALs 的声子谱对比。
本征石墨烯的多条色散支斜率较大，对应较高群速度和较强的长程传播能力；引入周期反点后，声子支明显增多，并出现大量较平坦的色散支，说明声子群速度降低、局域化特征增强。纳米孔因此从声子谱层面改变了热流传播方式。
图3. 本征石墨烯与 GALs 的温度依赖热导率。
本征石墨烯的热导率由 100 K 时的 1533 W·m⁻¹·K⁻¹ 降至 500 K 时的 294 W·m⁻¹·K⁻¹，降幅约 80.8%，体现出高温 Umklapp 散射的增强。GALs 则在 100–150 K 初始下降后进入相对稳定的平台区。作者同时指出，NEP 对高热导材料的绝对热导率存在一定低估，因此本文更关注温度变化趋势。
图4. 本征石墨烯与 GALs 的谱热导率及声子平均自由程。
本征石墨烯的热输运主要由 0–20 THz 低频声子贡献，温度升高后其 MFP 持续缩短，总热导率随之下降。GALs 的主要贡献则分布在约 0–30 THz；当温度超过约 200 K 后，部分频率声子的 MFP 反而随温度升高而增强，对热导贡献形成补偿。
作者认为，周期反点引入的声子—缺陷散射改变了各散射过程的相对权重，部分抵消高温 Umklapp 散射的增强，因此使 GALs 的总热导率在高温区保持相对稳定。
图5. 反点尺寸与间距对热导率和声子 MFP 的调控。
当反点较小、间距较大时，GALs 仍表现出类似石墨烯的热导衰减；随着反点尺寸增大或间距减小，声子—缺陷散射增强，总体 MFP 与热导率降低，同时部分频段 MFP 出现反常增强，使温度依赖逐步转变为稳定平台。由此，反点尺寸和周期性间距成为可直接调控热输运的结构参数。
文章信息：
Bin Cao, Boqia Ju, Gang Liu, Ge Yao, Jiuyu Sun, and Yongping Du, Temperature-stable thermal transport in graphene antidot lattices: Phonon scattering regulation, Chemical Physics Letters, 890 (2026) 142740.
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cplett.2026.142740
本文来自GPUMD与NEP，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
