據(jù)最新報道，導(dǎo)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(dǎo)率，這將使電子設(shè)計(jì)人員使用這些材料對電子設(shè)備進(jìn)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(qiáng)鍵，或者“平板上”和層之間的弱鍵，或“平板外”。這些材料具有獨(dú)特的電子和化學(xué)性質(zhì)，并有希望用于創(chuàng)建靈活的、薄的、重量輕的電子設(shè)備。在眾多潛在應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)以100瓦/米每開爾文(W/mK)進(jìn)行，但平板外熱傳導(dǎo)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(dǎo)性能，來自北卡羅來納州立大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)厄本那香檳分校(UI)和北美豐田研究院(TRINA)的研究團(tuán)隊(duì)開始用TMD MoS2進(jìn)行試驗(yàn)。

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(zhǔn)，并迫使二硫化鉬組成原子的排列結(jié)構(gòu)。

當(dāng)鋰離子與二硫化鉬的比例達(dá)到0.34時，板內(nèi)的熱傳導(dǎo)率為45 W / mK，板外導(dǎo)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(yù)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(dǎo)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(jī)械和航空航天工程的助理教授、描述這項(xiàng)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(rèn)為這種控制導(dǎo)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(jìn)對二維材料的基本理解，我們也確實(shí)這樣做了，”劉俊補(bǔ)充說。“但我們也學(xué)到了一些東西，這很可能是二維材料使用技術(shù)發(fā)展的真實(shí)應(yīng)用。”

“用電化學(xué)插層法調(diào)整二硫化鉬中的熱導(dǎo)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(xué)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(xué)厄本那香檳分校鄭齊燁和董耀麗。

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