A review of heat transport in solvated gold nanoparticles: molecular dynamics modeling and experimental perspectives
溶剂化金纳米颗粒中的热传输：分子动力学建模与实验视角综述
摘要 (Abstract)
<jats:p>Knowledge map of key research themes for solvated gold nanoparticles: interfacial heat transfer and chemistry, computational modeling, experiments, and impacts on biomedical applications like photothermal therapy and drug delivery.</jats:p>
研究方法综述 (Methods Overview)
本文采用系统性文献综述方法，检索了2000-2025年间发表的关于金纳米颗粒热传输的研究论文。方法部分重点分析了：(1)分子动力学模拟中的势函数选择（EAM、Lennard-Jones、ReaxFF等）及其对热导率计算结果的影响；(2)非平衡分子动力学（NEMD）和平衡分子动力学（EMD）模拟热传输的协议；(3)实验测量中的TDTR和稳态热测量方法。对模拟和实验数据进行交叉验证分析。
数据总结 (Data Summary)
综合分析了超过80篇研究论文的数据。2-20 nm金纳米颗粒的热导率范围：2-5 nm粒径时为20-80 W/m·K，5-10 nm时为80-200 W/m·K，10-20 nm时为200-317 W/m·K。金-水界面热导率：裸金表面为40-50 MW/m²·K，CTAB配体修饰后降至10-15 MW/m²·K。分子动力学模拟的均方根偏差与实验值的统计差异为12%。不同形状（球形、棒状、壳状）纳米颗粒的热传输表现出各向异性特征。
主要发现 (Key Findings)
金纳米颗粒的热导率随粒径减小而降低，当粒径从20 nm减小到2 nm时，热导率从~317 W/m·K降至~20 W/m·K。界面热阻（Kapitza阻力）是限制热传输的主要因素，金-水界面的热导率范围为10-50 MW/m²·K。表面配体（如CTAB、PEG）可显著增加界面热阻2-5倍。分子动力学模拟预测的热导率与实验测量值吻合较好（误差<15%）。光热转换效率在等离子体共振激发下可达60-80%。
结论 (Conclusions)
金纳米颗粒的尺寸和表面化学状态是决定其热传输性能的关键参数。随着颗粒尺寸减小，热导率急剧下降，而界面热阻成为主导因素。表面配体修饰虽然提高了胶体稳定性，但显著降低了界面热传输效率。未来研究需要开发更精确的界面热测量技术和多尺度模拟方法，以优化纳米颗粒在光热转换和热疗中的应用。
实践意义 (Practical Significance)
该综述为理解和优化金纳米颗粒在生物医学热疗、农业光热杀菌和畜牧养殖环境热管理中的应用提供了关键理论基础。特别是对于开发基于纳米颗粒的畜禽疾病光热治疗策略，界面热传输的调控机制具有重要指导意义。