據(jù)最新報道，導熱系數(shù)不再是物質(zhì)固定不變的參數(shù)。因美國研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種意想不到的方式來控制二維材料的熱導率，這將使電子設計人員使用這些材料對電子設備進行散熱。二維材料有一個層狀結(jié)構(gòu)，每層水平方向上都有強鍵，或者“平板上”和層之間的弱鍵，或“平板外”。這些材料具有獨特的電子和化學性質(zhì)，并有希望用于創(chuàng)建靈活的、薄的、重量輕的電子設備。在眾多潛在應用中，最重要的是能夠有效地散熱，這可能是棘手的。對二維材料來說，在平板間和平板外熱傳導是不同的。

例如，有一種名為過渡金屬硫化物(TMDS)的二維材料，在平板上熱傳導以100瓦/米每開爾文(W/mK)進行，但平板外熱傳導只有2W/mK。我們就稱此現(xiàn)象為“熱各向異性比”約為50。為了更好地理解二維材料的熱傳導性能，來自北卡羅來納州立大學、伊利諾伊大學厄本那香檳分校(UI)和北美豐田研究院(TRINA)的研究團隊開始用TMD MoS2進行試驗。

研究人員發(fā)現(xiàn)在層間引入無序的二硫化鉬和鋰離子，可以顯著改變熱各向異性比。鋰離子有兩個作用：使二維材料層不相互對準，并迫使二硫化鉬組成原子的排列結(jié)構(gòu)。

當鋰離子與二硫化鉬的比例達到0.34時，板內(nèi)的熱傳導率為45 W / mK，板外導熱系數(shù)下降到0.4 W/mK，材料的熱各向異性比例也就從50提高到100以上。換言之，材料各向異性比在層內(nèi)時可能超過兩倍，在層間則不行。

這只是其中一樣好處。添加較少的鋰離子使熱各向異性比降低。添加更多的離子就變得更低。但在這兩種情況下，熱各向異性比都是在一個可預見的方式被影響，這意味著研究人員可以調(diào)整材料的熱導率和熱各向異性比。“這一發(fā)現(xiàn)是非常反直觀的” ，數(shù)控機械和航空航天工程的助理教授、描述這項工作的論文共同作者劉俊說，“傳統(tǒng)的想法是引入無序的任何材料會降低熱各向異性比。”

“但根據(jù)我們的觀察，我們認為這種控制導熱系數(shù)的方法不僅適用于其他過渡金屬硫化物，而且也適用于更廣泛的二維材料。”劉俊說。“我們開始推進對二維材料的基本理解，我們也確實這樣做了，”劉俊補充說。“但我們也學到了一些東西，這很可能是二維材料使用技術發(fā)展的真實應用。”

“用電化學插層法調(diào)整二硫化鉬中的熱導率”文章發(fā)表在自然通信雜志上。這篇文章的共同通訊作者是北美豐田研究院朱高華和伊利諾伊大學厄本那香檳分校戴維·卡希爾。共同作者是北美豐田研究院張芮剛和迪納斯·班德瑞、伊利諾伊大學厄本那香檳分校鄭齊燁和董耀麗。

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