随着纳米科学技术与新材料技术的不断发展，器件尺度纳米化已经成为一种必然趋势。纳米尺度下器件是否能够稳定运行及器件使用寿命长短很大程度上受高热流密度散热的影响，而低维纳米结构由于其优异的热传导性能引起了人们的广泛关注。石墨烯，作为当前世界上唯一已知的可以稳定存在的新型二维材料，其优秀的力学、电学、光学、热学等特性，自从被发现就立刻引起人们极大地关注。科学家们不仅通过石墨烯来研究二维体系的性质，而且借助其优越的性能进行了多方面的技术开发和实际应用。在热学方面，通过对石墨烯系统的热传导理论研究和数值模拟，极大地加深了人们对热传导物理机制地理解，热整流现象便是在这样的研究中被发现地，并逐步成为近年来国际上研究的热门课题。声子作为石墨烯材料中热能载体，对声子调控进行深入性研究，可以为基于石墨烯微纳电子器件的热能转换与散热提供有效的解决方案。本课题选择石墨烯纳米带为研究对象，采用经典分子动力学模拟方法，重点阐述了如何利用微纳米结构材料构建热学（声子学）基本元器件—热整流器/热二极管。主要工作如下:　　(1)通过对石墨烯纳米带进行两种空间规则分布的氮掺杂来搭建热整流器。以锯齿型石墨烯纳米带为研究对象，围绕氮掺杂石墨烯的几何形状，空间位置以及模拟温度对石墨烯纳米带热传导及热整流效率作系统研究。研究表明:随着温度升高，氮掺杂石墨烯纳米带热传导系数呈现下降趋势，平行分布多氮掺杂石墨烯纳米带热传导系数整体大于三角形分布单氮掺杂石墨烯纳米带热传导系数。在温度变化范围内，三角形分布单氮掺杂石墨烯热整流器热整流值随着温度的增加呈现下降趋势，并且在200K时出现最大值。平行分布多氮掺杂石墨烯热整流器中不存在热整流现象。　　(2)通过对石墨烯纳米带进行边缘氢化来搭建热整流器。以锯齿型石墨烯纳米带为研究对象，围绕模拟温度和边缘氢化尺寸对石墨烯纳米带热传导及热整流效率作系统研究。研究表明:边缘氢化尺寸Lpristine/LH-Terminated=1时，热传导系数相对于完美石墨烯纳米带热传导系数有所减小，边缘氢化石墨烯纳米带在不同热流方向上的热传导系数比值都随着温度的升高而变大。整个边缘氢化石墨烯热整流器的热整流值随着系统温度的升高呈现下降的趋势，并且在200K时有最大热整流值。在不同边缘氢化尺寸Lpristine/LH-Terminated下，整条热整流值曲线呈现开口向下抛物线形状，抛物线对称轴左边的热整流值略大于右边的热整流值，且Lpristine/LH-Terminated=1时热整流值最大。　　(3)通过对石墨烯纳米带中引入三角形空位缺陷来搭建热整流器。以扶手型石墨烯纳米带为研究对象，围绕系统温度和三角形空位缺陷尺寸对石墨烯纳米带热传导及热整流效率作系统研究。研究表明:三角形空位缺陷能够有效地降低石墨烯纳米带热传导系数，在缺陷尺寸较小时，石墨烯纳米带热传导系数剧烈下降。随后，当缺陷尺寸变大到一定程度时，热传导系数下降趋于平缓。在相同缺陷浓度不同温度下，不同热流方向上石墨烯纳米带热传导系数随温度变化幅度不大，即对模拟温度敏感性不强。缺陷石墨烯热整流器效率值随着移除原子簇数目的增加而升高。在缺陷浓度较低时，不同温度下石墨烯热整流值非常接近，而在缺陷浓度较高时，不同温度下石墨烯热整流值存在明显差异。　　上述的研究方法和结果为石墨烯在微纳电子器件应用中的热设计提供了一定的理论参考和设计依据。