在科技日趋发展的今天,工业4.0的时代大背景下,LED（Light Emitting Diode）照明已成为固态照明的顶梁支柱。随着LED器件向大功率、高亮度、大尺寸方向发展,其失效问题也日加显著。其中热失效已成为LED最为显著且普遍的失效形式。在LED电光转化的过程中发光层会产生大量的热,将直接导致LED内部结构的热失效。因此,可靠的界面热设计显得至关重要。近年来,以石墨烯为典型代表的二维材料因具备极佳的热电学性质而受到广泛关注,其作为热界面材料应用于LED芯片结构设计中已成为重要研究方向。由于发光机制与封装结构的限制,石墨烯的引入必定会与PN结或基底材料产生直接接触,从而形成传热界面,对于石墨烯基LED异质界面传热机制的研究则显得尤为必要。基于上述背景,本文依托石墨烯基二维材料在LED器件中的应用前景,借助分子动力学数值模拟的方法对石墨烯基异质界面的热输运机制进行相关研究,旨在探索能够显著调控石墨烯基异质界面热输运的方法,掌握其内部传热机制,构筑热可靠性更高的热传输界面,具体研究工作如下所示:1.石墨烯/六方氮化硼异质界面传热机制研究。六方氮化硼由于其高热导、不导电等性质,在LED器件中既可作为热界面材料,又可作为基底材料。借助分子动力学法,对石墨烯/六方氮化硼异质界面热输运展开探究。在此基础上,对石墨烯表面引入缺陷,研究缺陷对石墨烯/六方氮化硼异质界面传热的影响。结果表明,随着点缺陷的引入,不同堆叠形式石墨烯/六方氮化硼界面热阻均呈显著下降趋势。这归因于缺陷增加了石墨烯面外低频声子的振动模态,从而增强了石墨烯与六方氮化硼层界面间声子耦合。当缺陷率浓度从0%增加到5%时,石墨烯/六方氮化硼的界面热阻降低50%,当温度从200K上升到700K时界面热阻进一步降低了65%。此外,还发现缺陷石墨烯/六方氮化硼存在热整流特性,并与温度和缺陷率呈正相关。本部分研究为缺陷在石墨烯异质界面中的应用提供了新的途径,为热整流器件的设计提供了一条新的方法。2.表面修饰对石墨烯/硅异质界面热传输的调控研究。以LED器件中常见的基底材料硅作为研究对象,通过分子动力学法对石墨烯/硅异质界面间热输运进行研究。通过在硅表面引入孔洞、石墨烯表面附着甲基这两种修饰方式对石墨烯/硅异质界面进行改性,从而对石墨烯/硅间的热输运进行调控。结果表明,通过对硅表面挖孔处理,孔深为2.714?时热阻最低,降低幅度最高达13.3%。界面间距和相互作用力结果表明孔洞的存在使得界面耦合强度增加。基于此,还发现石墨烯层中附着甲基使得界面热阻进一步降低35%,与硅孔洞内存在甲基相比,当硅孔洞外存在甲基时,界面热阻同比降低15%。声子态密度表明甲基在低频区域存在显著的振动特征峰,从而增强了石墨烯与硅之间的声子耦合,降低了界面热阻。本部分研究结果为石墨烯/硅异质界面的界面热调控提供了新的方法与机理解释。3.氮掺杂石墨烯/硅异质界面热传输机理研究。掺杂是材料改性的常用方法,针对石墨烯/硅异质界面,借助分子动力学方法研究了不同类型氮掺杂、不同掺杂浓度以及温度对石墨烯/硅的平面热导和界面热阻的影响。结果表明,当氮掺杂类型为随机氮掺杂时,面内热导随氮浓度的增加而降低,这归因于氮原子的存在使得石墨烯声子间发生失配。当氮掺杂为规则氮掺杂时,面内热导随氮浓度的增加而先降低后出现突增,这一反常现象可归因于规则氮掺杂中氮声子之间的耦合为热流传递提供了新的传热通道。此外,规则和随机氮掺杂均会降低石墨烯/硅异质界面的界面热阻,降低幅度随着氮掺杂浓度的提高而增加。声子谱表明相比于石墨烯和硅声子,氮声子与硅声子间的声子耦合程度更高,这为石墨烯和硅之间的热传输提供了新的传热通道,从而降低了界面热阻。最后研究还发现温度对石墨烯/硅异质界面面内传热起抑制作用,而对界面间热传输起促进作用。本文基于LED器件热可靠性研究为背景,借助分子动力学为工具,研究了石墨烯基热界面材料的传热特性及其机理。为石墨烯基热界面材料在LED关键传热界面中的应用提供了新的思路,为石墨烯与LED基底材料间的热调控提供了新的方法与理论支撑,实现了LED大功率器件关键热传输界面的合理构筑,为LED内部热输运的调控与管理起重要推动与指导作用。