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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

气凝胶材料是在上个世纪30年代由美国科学家kistler发明的，气凝胶材料密度十分低，相对于其他的固体材料，具有极低的导热性，良好的隔热效果，并且近年国内有很多科研团队不断刷新了气凝胶材料的密度的记录，尤其是浙江大学高超教授团队研制出了最轻的气凝胶材料，密度只有空气密度的1/6（真空中的密度）。

气凝胶材料的实验制备需要的条件仍然比较苛刻，需要低温蒸发，以及大量的挥发剂，虽然上个世纪气凝胶材料的应用和制备得到了十足的进步，但是理论上的发展仍然滞后于实验，尤其在纳米级别的气凝胶材料，优良的性能仍然缺乏完整的理论解释，模拟计算也是少之又少。通过模拟计算可以减少盲目实验，提高制备和研发的盲目性，提高实验和制备效率。在描述热传导过程中通常会用傅里叶定律来解释和描述热传导，傅里叶定律定义了热导率，本文通过使用分子动力学对二氧化硅气凝胶材料进行模拟计算，然后通过对温度梯度以及分子动能的统计和记录计算热导率的，核心是围绕傅里叶定律来进行。

国内外研究现状

国内很多科研团队在气凝胶材料的研究上面处于国际前列，浙江大学高超科研组不断刷新纪录，他们保持着气凝胶材料最轻的记录。美国麻省理工学院制作出了由多种不同材料构成的气凝胶材料，包括镍，石墨烯等等。二氧化硅气凝胶材料具有漂亮的蓝色透明的外观，又加上密度轻，被称为“凝固的烟”。

新加坡南洋理工大学在理论计算方面具有很多卓有成效的研究，尤其使用分子动力学（md）和第一性原理模拟计算气凝胶材料的相关力学和热学性质。

2. 研究的基本内容

首先，介绍二氧化硅气凝胶以及导热系数的计算的背景和主流方法。

其次，介绍影响导热系数关键的原因。如接触界面热阻对于多孔材料的导热系数，以及热容的影响非常巨大，尤其对于气凝胶材料，主要是由二氧化硅构成的空隙骨架，以及孔隙中的空气构成，微观孔隙中的空气不能够自由对流，被禁锢在小尺寸的气凝胶孔隙单元中，在宏观表现为极低的导热性。

再次，论述和探究理论层次热导率的计算方法。在热浴温差的驱动下，热流将从高温区流向低温区，在系统中形成温度梯度，从而，利用傅里叶定律计算热动率。整个系统被分割为多个小块，局部单元的温度可以通过计算局部单元中原子平均动能得到。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案： 使用分子动力学软件lammps进行二氧化硅气凝胶材料的导热系数的计算，利用green-kubo公式，气凝胶材料多孔纳米结构具有尺寸效应，编写lammps输入脚本，构建模拟的初始状态，在linux系统中运行分子动力学（md）软件lammps,将脚本运行结果进行整理和预处理筛选，最后进行可视化画图，使用julia语言进行作图，最后分析结果，得出关于二氧化硅材料热导率模拟计算的结论，并与相关实验文献进行数据的对比，并分析模拟结果出现偏差的原因，给出实验以及理论研究应当改进的方向。

进度安排：

3月1日-3月10日：初期收集研究文献，进行选题方向的确定。翻译相关重要参考文献；

4. 参考文献

1、黄昆。《固体物理学》

2、t.y. ng , j.j. yeo, z.s. liu，新加坡南洋理工大学，《负压破裂法制备纳米多孔硅胶气凝胶导热系数的分子动力学研究》

3、张欣欣，乐恺，刘育松，王戈，倪文。北京科技大学，《二氧化硅气凝胶的等效热导率理论》