隨著現(xiàn)代新興納米技術(shù)和工藝的進(jìn)步，微納尺度半導(dǎo)體電子器件得以迅猛發(fā)展，并展現(xiàn)了一系列新奇的物理特性及潛在的應(yīng)用價(jià)值。然而，這些器件在能量傳輸過(guò)程中必然存在熱傳輸或熱耗散形式的能量轉(zhuǎn)換。它們具有高性能和小尺度的特點(diǎn)，這帶來(lái)了嚴(yán)峻的控溫挑戰(zhàn)，散熱及傳熱問(wèn)題極大地限制了這些器件的性能。有效的熱管理與熱控制及定向傳熱已成為當(dāng)前傳熱領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和方向。許多電子設(shè)備系統(tǒng)的熱管理技術(shù)已是不可或缺的重要技術(shù)，如激光器、雷達(dá)、航天飛機(jī)、超算數(shù)據(jù)中心等。這些電子系統(tǒng)所涉及的芯片和器件，除具有小型化、高集成、高熱流密度的特點(diǎn)外．還要滿(mǎn)足大規(guī)模化和極端環(huán)境條件的要求，必須面對(duì)熱管理相關(guān)的產(chǎn)熱、傳熱、散熱及隔熱一系列復(fù)雜的熱輸運(yùn)問(wèn)題，特別是以新興材料為代表的微納尺度傳熱。新興材料及其熱管理是下一代電子器件和設(shè)備研制的核心要素，已成為近些年來(lái)國(guó)際熱科學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，也是“后摩爾”時(shí)代電子技術(shù)發(fā)展的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。

　　盡管實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法進(jìn)展迅速，但進(jìn)行納米級(jí)熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)仍然具有很大的挑戰(zhàn)性。存在實(shí)驗(yàn)測(cè)量困難及測(cè)量精度不足而導(dǎo)致較大誤差等諸多不可預(yù)見(jiàn)和不可靠因素。因此，迫切需要理論計(jì)算方法來(lái)輔助實(shí)驗(yàn)研究，以解釋當(dāng)前測(cè)量技術(shù)尚不成熟的潛在機(jī)制或預(yù)測(cè)新的物理現(xiàn)象。而以前的理論工作由于計(jì)算技術(shù)及資源的限制僅僅考慮過(guò)較小的體系，且得到的往往是彈道輸運(yùn)現(xiàn)象，與現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)情形相去甚遠(yuǎn)。采用多尺度的分子動(dòng)力學(xué)模擬方法更有利于探索新型低維納米結(jié)構(gòu)中幾何構(gòu)型（形狀、尺寸和邊界等）、組分、外場(chǎng)（溫度）以及多種散射機(jī)制（雜質(zhì)散射、缺陷散射、界面散射等）對(duì)熱輸運(yùn)性質(zhì)的影響，研究調(diào)控納米結(jié)構(gòu)的熱輸運(yùn)機(jī)制。分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)于模擬大尺度、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的熱輸運(yùn)性能，有著無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。由于描述原子間相互作用的可靠勢(shì)函數(shù)的限制，極大地制約了分子動(dòng)力學(xué)模擬方法及時(shí)有效的應(yīng)用實(shí)施。因此，需要深入研究微納尺度的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的熱輸運(yùn)機(jī)理，發(fā)展更精確有效的計(jì)算方法以解釋或預(yù)言相關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。尋找和設(shè)計(jì)有廣泛應(yīng)用前景的新型導(dǎo)熱材料、熱電材料、隔熱材料和熱控制器件．促進(jìn)分子動(dòng)力學(xué)模擬方法在熱輸運(yùn)領(lǐng)域中的應(yīng)用與發(fā)展。

　　本書(shū)圍繞分子動(dòng)力學(xué)模擬方法計(jì)算熱導(dǎo)率展開(kāi)全面系統(tǒng)的討論，主要貢獻(xiàn)有以下三點(diǎn)：

　�。�1）理解各種分子動(dòng)力學(xué)模擬方法研究熱輸運(yùn)性質(zhì)的理論背景，探究這些方法不同理論背景下的近似條件，以及適用性和優(yōu)缺點(diǎn)，有效結(jié)合這些方法為進(jìn)一步深入研究復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的熱輸運(yùn)性能夯實(shí)基礎(chǔ)。

　�。�2）針對(duì)幾種具有代表性的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，深挖熱輸運(yùn)過(guò)程中因晶格振動(dòng)引起的聲子傳輸特性及相關(guān)物理機(jī)制。低維納米材料是一個(gè)理想的理論研究平臺(tái)，可為設(shè)計(jì)新型可控的熱管理器件提供理論支持。

　　（3）探索機(jī)器學(xué)習(xí)勢(shì)在熱輸運(yùn)領(lǐng)域的具體應(yīng)用。建立了針對(duì)聲子輸運(yùn)性質(zhì)的機(jī)器學(xué)習(xí)勢(shì)訓(xùn)練方案，包括訓(xùn)練集的準(zhǔn)備、機(jī)器學(xué)習(xí)勢(shì)的訓(xùn)練以及聲子相關(guān)特性的驗(yàn)證與評(píng)估。解決傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)勢(shì)可靠性差、勢(shì)函數(shù)匱乏等分子動(dòng)力學(xué)模擬卡脖子的問(wèn)題。

　　本書(shū)所涉及研究?jī)?nèi)容獲得國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于石墨烯及其它兩維材料的柔性熱電材料的多尺度模擬”（項(xiàng)目編號(hào)：11974059）、渤海大學(xué)校級(jí)重點(diǎn)資助科研項(xiàng)目“基于高精度機(jī)器學(xué)習(xí)勢(shì)研究新型材料的熱輸運(yùn)性能”（項(xiàng)目編號(hào)：0522xn076）、渤海大學(xué)校博士啟動(dòng)基金項(xiàng)目“新型低維納米材料熱輸運(yùn)性的模擬”（項(xiàng)目編號(hào)：0523bs008）的支持。

　　本書(shū)的出版得到了渤海大學(xué)的大力支持。在編寫(xiě)過(guò)程中，北京科技大學(xué)宿彥京教授、錢(qián)萍教授，渤海大學(xué)修曉明教授、樊哲勇副教授給予了大量的指導(dǎo)和幫助。在此，向支持本書(shū)出版的單位和個(gè)人表示由衷的感謝。

　　由于作者水平所限，書(shū)中欠妥之處懇請(qǐng)各位讀者不吝賜教。