随着半导体工艺技术的成熟发展,为了满足现代生产和生活高质量需求,微电子和光电子产业正在朝着小型化、快速化的趋势发展。研究微纳尺度下的能量转换与传递已成为热科学领域的重要课题。低维碳材料具有良好的导热能力和机械柔韧性,为微纳电子器件热管理设计、提高散热效率提供了解决的途径。因此,研究纳米尺度热点下低维碳材料的传热特性,对新型材料在电子、光子设备中的冷却降温应用具有重要的科学意义。受纳米加工制造水平的限制,开展纳米热点存在下低维碳材料的传热测量研究,面临着纳米热点不可控、纳米尺度测温困难等问题。利用近场增强光吸收是产生纳米热点的主要方法之一。采用有限元方法模拟,验证了在常用激光激发下金纳米针尖的近场能够在硅基底表面以下、石墨烯中产生纳米尺度加热效应。拉曼热测量技术基于反映材料晶体结构的光学信号,即使材料尺寸小于光斑大小,仍然能够实现温度测量。因此,基于传统的拉曼热测量和近场增强原理,本文提出了近场拉曼热测量技术,即利用金属纳米结构的近场提高光吸收在材料中形成纳米尺度热点,使用近场增强拉曼光谱测量样品在纳米热点下的热量传输。采用模板法制备了形状、尺寸均一的金纳米结构。通过拉曼实验和电磁场模拟,验证了金纳米结构的近场增强效应。测量了292～421 K温度范围内金纳米结构引起的表面增强拉曼光谱,发现了表面增强拉曼光谱的峰位强度、频率与温度呈线性关系,可用于材料的温度测量,证实了近场拉曼热测量技术的可行性。针对一维纳米材料在纳米热点存在下的复杂传热问题,选用具有代表性的多壁碳纳米管材料进行研究。碳纳米管不仅是热的良导体,而且具有良好的拉曼响应。将碳纳米管分散在金纳米颗粒阵列上,以无金纳米颗粒阵列的碳纳米管作为对照组。利用近场拉曼热测量技术测得了金纳米颗粒阵列上碳管的温升。与对照组相比,在近场加热下,碳管的温升更高。通过进一步分析,发现金纳米颗粒阵列上碳管展现更为显著的热响应,其原因一部分是光吸收增强提高了材料中的热源,另一部分是材料的热物性可能发生了变化。由于金纳米颗粒、硅基底在实验所用激光强度加热下的温升极低,可将二者看作热沉。碳管内部热量主要沿轴向传输,将碳管团聚物近似为一根一维的碳纳米管复合物,可采用具有内热源的一维稳态导热模型分析碳管的热量传输。通过计算发现,金纳米颗粒阵列上碳管的等效热导率比对照组中碳管的等效热导率低66%。该结果验证了纳米热点下碳纳米管团簇中存在准弹道导热效应。由于金纳米颗粒近场增强区域的尺度与碳管的声子平均自由程相当,碳管中纳米热点附近的声子极有可能处于准弹道传热,因此热导率降低。石墨烯具有良好的导热能力和拉曼响应,以单层石墨烯作为典型二维材料,进一步分析纳米热点下二维碳材料的热量传输。与上述碳纳米管一维材料的传热特性不同,二维材料在纳米热点下的传热更为复杂。采用拉曼热测量法研究了连续金膜上石墨烯的热量传输,发现热量主要沿石墨烯/金的界面向基底传播。石墨烯/金的界面热导为1.35-0+0..3337×1 0~4 W/（m~2·K）,远低于束缚石墨烯界面热导值。这是由于非束缚石墨烯与基底间的距离较大,弱化了材料间的作用力和界面能量耦合。采用近场拉曼热测量技术测量了金纳米柱阵列上石墨烯的热量传输,发现与连续金膜上石墨烯对比,金纳米柱近场加热下石墨烯表现出更为明显的热响应。利用测量的石墨烯/金界面热导,采用二维稳态导热模型计算了石墨烯的热量传输。在金纳米柱的近场加热下,石墨烯内部的热量主要通过石墨烯与金纳米柱的界面向基底传播以及通过上、下表面的对流换热传播,沿面内传播的热量较少。通过计算得到石墨烯表面空气对流换热系数平均值为1928-147+155 W/（m~2·K）,比传统自然对流宏观值[10 W/（m~2·K）]高两个数量级。制备了另一周期相同、直径较小的金纳米柱阵列,基于近场拉曼热测量技术,得到石墨烯表面空气对流换热系数平均值为1793-159+157 W/（m~2·K）,量级与前述测量结果相同,比宏观值两个数量级,验证了上述测量结果的合理性。石墨烯表面空气的克努森数计算值为0.24,说明了近场加热下石墨烯表面空气分子对流换热处于过渡区,金纳米柱产生热源的特征尺度与空气分子平均自由程相当,气体分子与热边界发生弹道导热的几率较大,因此表面对流换热增强,展现出尺寸效应。该结果说明了在纳米热源加热下,石墨烯的热学性能主要决定于石墨烯与基底的界面传热以及石墨烯表面的空气对流换热。本文采用近场拉曼热测量技术,研究了在纳米热源加热下低维碳材料的热物性,对新型碳材料的热管理应用具有重要意义。该工作为研究其他低维材料在小尺度热点下的传热特性提供了方法依据。