碳/碳(C/C)复合材料在诸如导弹端头帽、航天飞机鼻锥和机翼以及火箭发动机喷管喉衬等航空航天领域和军工国防领域热防护相关部件上扮演重要角色。C/C复合材料优异的导热性能和较低的密度使该材料在上述领域不可或缺。C/C复合材料内部结构主要由碳纤维或碳纤维编织物和碳纤维之间填充的碳基体构成。在纳米尺度下,碳纤维和基体碳的基本结构为石墨微晶。石墨微晶导热性能优劣直接关系到C/C复合材料整体性能好坏。然而,由于石墨微晶为石墨烯片层堆叠而成的各向异性结构,尺度较小,结构复杂,传统晶格动力学方法理论研究真实石墨微晶热导率时还存在诸多问题;此外,C/C复合材料中真实石墨微晶结构的热传导特性和声子输运特性也有待揭示。本文采用分子动力学模拟方法结合晶格动力学分析的方法,研究内容包括四部分:(1)不同势能模型预测石墨微晶热导率的适用性;(2)基于真实晶格振动位置修正简正模式分析法;(3)石墨微晶不同类型晶格缺陷与导热的相关性;(4)扭转应力对石墨烯与石墨微晶导热性能的影响。本文研究目的是发展和完善纳米尺度石墨微晶热导率分析方法,揭示C/C复合材料中真实纳米尺度石墨微晶导热性能影响因素,分析影响机理,为高性能C/C复合材料的材料设计和性能优化提供理论基础。为了分子动力学方法能够准确预测石墨微晶热导率,本文对比了 REBO,AIREBO,Tersoff和opt-Tersoff势能模型预测石墨微晶热导率的适用性。对单层石墨烯,Tersoff势能模型不能准确预测声子色散,其余三个势能模型都预测到G峰,而opt-Tersoff预测的高频峰具有更大频率范围和更大幅值。单层石墨烯ZO模式在REBO和AIREBO的预测中均失效。因此,opt-Tersoff预测了最大的热导率且在四个势能模型中最接近实验值。对多层石墨烯/石墨微晶,由于opt-Tersoff能够准确捕捉到由层间散射引起的ZA+ZO模式幅值下降,可以定性再现实验观测的规律。然而,AIREBO势能低估了层间声子散射,因此不推荐其用于研究多层石墨烯的导热性能。确定了势能模型即可通过分子动力学模拟得到晶格振动。为了更深入地分析晶格振动,本文通过理论分析和数值模拟手段,研究缺陷附近晶格畸变和振动偏移现象,揭示这种非理想情况对NMA预测声子色散关系带来的偏差,提出基于半理论半经验修正NMA方法。发现空位缺陷附近存在较明显的晶格振动偏移现象,且片层的法向方向偏移较大。而N杂质缺陷和-CH3官能团缺陷附近偏移很小,可以忽略。石墨烯空位缺陷附近的晶格振动偏移现象会对NMA方法预测石墨烯内声子色散关系产生影响。本文将NMA方法中振动位置从理想晶格位置修正到实际振动的晶格位置,提出了修正散射率△SNMA=2.39×10-5 A-1。在完善了针对缺陷的研究方法后,本文研究了不同种类缺陷,包括N杂质、-CH3官能团和空位缺陷,对石墨微晶热导率的影响。分析了单独种类缺陷存在石墨微晶时热导率的变化。揭示了多因素同时存在时的杂质混合效应。使用Taguchi正交算法分析了杂质混合效应。发现当仅有一种缺陷存在于石墨微晶上时空位缺陷对热导率影响最大;当所有种类的缺陷都并存与石墨微晶上时,300 K和700 K下空位缺陷对石墨微晶热导率影响程度最大,这与单因素分析的结论一致。然而,在1500 K下,-CH3官能团成为了对热导率影响程度最大的缺陷。扭转应力是一种能够大幅度改变石墨微晶晶格对称性的常见作用力。由于上述研究方法均不适用于研究这种高度非对称晶体结构,本文提出了一种新的等效方法来研究受扭转应力石墨微晶的热导率。本文将扭转效应等效成层间平移效应和挤压效应,分别揭示了上述两种效应作用下石墨微晶等效声子色散关系。发现平移效应对声子色散关系的影响是可以忽略的,而挤压效应降低了 ZA支声子的弛豫时间,增加了 ZA支声子的群速度,也增加了声子比热。本文采用分子动力学模拟方法结合晶格动力学分析,研究C/C复合材料纳米尺度基本结构石墨微晶的导热性能,针对真实石墨微晶结构发展了新的纳米尺度分析方法,揭示真实材料中复杂因素对热导率的影响,分析其影响机理。