美研最新发现二维半导体可调整导热系数-欧洲杯买球app

  据最新报道，导热系数不再是物质固定不变的参数。因美国研究人员已经发现了一种意想不到的方式来控制二维材料的热导率，这将使电子设计人员使用这些材料对电子设备进行散热。二维材料有一个层状结构，每层水平方向上都有强键，或者“平板上”和层之间的弱键，或“平板外”。这些材料具有独特的电子和化学性质，并有希望用于创建灵活的、薄的、重量轻的电子设备。在众多潜在应用中，最重要的是能够有效地散热，这可能是棘手的。对二维材料来说，在平板间和平板外热传导是不同的。

例如，有一种名为过渡金属硫化物(tmds)的二维材料，在平板上热传导以100瓦/米每开尔文(w/mk)进行，但平板外热传导只有2w/mk。我们就称此现象为“热各向异性比”约为50。为了更好地理解二维材料的热传导性能，来自北卡罗来纳州立大学、伊利诺伊大学厄本那香槟分校(ui)和北美丰田研究院(trina)的研究团队开始用tmd mos2进行试验。

研究人员发现在层间引入无序的二硫化钼和锂离子，可以显著改变热各向异性比。锂离子有两个作用：使二维材料层不相互对准，并迫使二硫化钼组成原子的排列结构。

当锂离子与二硫化钼的比例达到0.34时，板内的热传导率为45 w / mk，板外导热系数下降到0.4 w/mk，材料的热各向异性比例也就从50提高到100以上。换言之，材料各向异性比在层内时可能超过两倍，在层间则不行。

这只是其中一样好处。添加较少的锂离子使热各向异性比降低。添加更多的离子就变得更低。但在这两种情况下，热各向异性比都是在一个可预见的方式被影响，这意味着研究人员可以调整材料的热导率和热各向异性比。“这一发现是非常反直观的” ，数控机械和航空航天工程的助理教授、描述这项工作的论文共同作者刘俊说，“传统的想法是引入无序的任何材料会降低热各向异性比。”

“但根据我们的观察，我们认为这种控制导热系数的方法不仅适用于其他过渡金属硫化物，而且也适用于更广泛的二维材料。”刘俊说。“我们开始推进对二维材料的基本理解，我们也确实这样做了，”刘俊补充说。“但我们也学到了一些东西，这很可能是二维材料使用技术发展的真实应用。”

“用电化学插层法调整二硫化钼中的热导率”文章发表在自然通信杂志上。这篇文章的共同通讯作者是北美丰田研究院朱高华和伊利诺伊大学厄本那香槟分校戴维·卡希尔。共同作者是北美丰田研究院张芮刚和迪纳斯·班德瑞、伊利诺伊大学厄本那香槟分校郑齐烨和董耀丽。

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