在纳米尺度范围内,材料热物性的实验测量和理论分析变得异常困难,采用一定的数值方法探讨热物理过程的微观机理,对现有的实验数据向微尺度方向进行有效的外推,是一项很有意义的研究课题.在纳米尺度,分子动力学(MD)模拟是有效的研究方法.该文采用MD方法模拟薄膜的法向导热,研究纳米尺度金刚石薄膜的法向热导率与厚度,温度及热流的关系.在纳米尺度范围内,金刚石薄膜热导率的实验数据和数值模拟结果都很缺乏,为了保证计算结果的可靠性,该文采取逐步逼近的研究方法.首先,采用平衡分子动力学方法及周期性边界条件模拟大体积氩晶体的导热机理.然后,采用各向异性非平衡分子动力学方法及"固定边界模型"模拟纳米尺度氩晶体薄膜的法向导热.两次数值模拟的结果与现有的实验数据和理论数据都吻合的很好,验证了程序的可靠性,证明了分子动力学方法应用在模拟纳米尺度薄膜法向导热方面的可行性.最后,在上述分子动力学模拟的基础上,采用Tersoff三体经验势函数描述碳原子间的强共价键相互作用,利用常热流算法实现薄膜法向上的非平衡稳态导热,进行单晶金刚石纳米薄膜法向导热的各向异性非平衡分子动力学模拟,研究薄膜法向热导率随薄膜厚度、系统温度及系统热流或温差变化的依变关系.结果显示:薄膜的法向热导率显著小于宏观大体积时的值,与相同尺度下的硅相比,具有更卓越的导热性能;保持薄膜温度和系统内热流不变,薄膜的法向热导率随薄膜厚度的减小而呈近似线性关系减小;保持薄膜厚度和系统内的热流不变,薄膜的法向热导率随厚度的增加而趋近于一个常数.金刚石声子平均自由程的计算结果表明薄膜的厚度可以作为有效的声子平均自由程,声子的边界散射导致热导率的尺寸效应,声子气的动力论分析结果与模拟结果符合很好.