随着科学朝微观世界的进军,纳米材料工程已经成为一门新兴而前景光明的学科。因此预测和控制复杂微纳米结构中的热输运也变得至关重要。但是,人们对影响微纳米系统中热输运过程的机理尚未完全清楚,比如,声子限制效应,边界/界面热阻,界面粗糙度,声子波相互作用等。本文采用计算机研究手段探讨了微纳米结构中的热输运,并与实验结果进行了比较,使得人们对其中的机理有了进一步的了解,也为人工设计高性能的能量转换材料和装置以及控制和操纵复杂微纳米结构中的热流提供了机遇。本文采用非平衡态分子动力学(NEMD)方法模拟分析了纳米铂(Pt)薄膜和硅(Si)纳米线嵌入锗(Ge)母体的周期性纳米复合材料中的导热性能和导热特性。对Pt薄膜的法向导热系数进行模拟后发现,100 nm～500 nm铂薄膜的法向导热系数比体材料值低很多,而且低于其面向导热系数,显现出明显的尺度效应。对纳米铂薄膜在激光脉冲下的温度响应进行研究后推出结论:微米铂薄膜的温度响应时间在纳秒量级,完全适用于爆发沸腾研究中微秒级激光脉冲下的温度测量。而且还发现,在脉冲加热的初始阶段,会有一个快速非傅立叶热波沿铂薄膜的厚度方向传递,该热波的传播速度约为3400 m/s。在考察界面、温度、热流、原子比例、尺度和空位缺陷对Si/Ge纳米复合材料导热系数的影响后,发现:界面存在“反射效应”,也就是温度在界面之前部分区域升高了;界面处存在较大的界面热阻导致温度突降;在200 K～1200 K温度范围内其导热系数基本不变,而小于200 K时导热系数会降低;即使10 GW/m~2量级这样高的热流密度,对导热系数的影响也不显著;其导热系数随Ge原子分数的增加而增大,随Si纳米线特征尺度的增大而增大以及随空位密度的增大而减小,而且相同原子比例下,Si/Ge纳米复合材料比Si/Ge合金材料的导热系数明显要低,预示了其作为高性能热电材料的巨大潜力,以替代昂贵且无法进行大型应用的超晶格。