低維材料在線：二維世界中的熱輸運

石墨烯的興起推動了對其他二維層狀材料（2DLMs）的深入研究。在過去十年中，2DLMs憑借其優(yōu)異的光學、電學、機械性能，已被用作構(gòu)建各種新型光、熱、電功能器件和能量轉(zhuǎn)換和存儲設(shè)備構(gòu)的重要組成部分。巨納集團旗下低維材料在線91cailiao.cn的技術(shù)工程師Ronnie介紹，除了它們卓越的光學，電學和機械性能，2DLMs還展示了引人入勝的熱學性能。在這里，2DLMs的廣泛應(yīng)用需要全面了解2DLMs的熱載流子輸運的物理機制及襯底的接觸對熱傳輸?shù)挠绊懀驗檫@與新興器件水平上的能量消耗、熱耗散、能量轉(zhuǎn)換和熱調(diào)控息息相關(guān)。事實上，由于獨特和多樣化的二維晶體結(jié)構(gòu)和不同聲子模式對熱傳輸?shù)呢暙I，2DLMs系統(tǒng)在熱傳輸上盡管有一些共同的熱學性質(zhì)，例如層數(shù)依賴的熱導率，每種材料還具有更獨特的熱學性能可以加以利用 。盡管有如此優(yōu)越的預期性能，對于高質(zhì)量2DLMs本征的熱學測試、不同2DLMs獨特熱學性能（如尺寸依賴性能與各向異性）、以及多種2DLMs組合的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的熱學特性的研究仍處于不斷探索中。目前已有的實驗結(jié)果和理論預測為后續(xù)研究提供了借鑒價值。

基于上述二維材料熱學領(lǐng)域已有的發(fā)展和遭遇的挑戰(zhàn)，南京大學朱嘉教授課題組撰寫了綜述論文，系統(tǒng)地分析了2DLMs 熱學性能的實驗測試方法，并且針對幾種2DLMs （包括Graphene、MoS2、h-BN、black phosphorous 和Bi2Te3）熱導率分別做了總結(jié)與分析。論文首先介紹了二維材料領(lǐng)域中熱導率測試的兩種主流方式(Suspended Micro-Bridge Method & Optothermal Raman Technique)，討論了各自的優(yōu)勢與局限，兩種測試手段都能利用懸空器件特性，排除襯底影響以得到二維材料本征的熱傳導性能； 文獻中熱導率測試結(jié)果表明，2DLMs熱傳導性能精確地受到樣品尺寸和材料結(jié)構(gòu)的影響：隨著原子層數(shù)的變化，不同材料熱導率呈現(xiàn)出奇特的變化趨勢（如Graphene、MoS2、h-BN、black phosphorous）；對于各向異性熱傳輸，2DLMs中天然層內(nèi)共價鍵結(jié)合與層間范德瓦爾斯力結(jié)合的特點，導致了每種材料層內(nèi)與層間熱導率的差異，另外結(jié)合材料層內(nèi)結(jié)構(gòu)的各向異性，如黑磷材料，沿armchair（AM） 和 zigzag（ZZ）兩個方向也可以得到顯著的熱導率差異。作者還對2DLMs在實際能量轉(zhuǎn)換與存儲領(lǐng)域的應(yīng)用做了介紹與展望，如高導熱性材料（石墨烯和氮化硼），在散熱和儲能領(lǐng)域的輔助作用，以及black phosphorous和Bi2Te3 在熱電轉(zhuǎn)換中的潛在發(fā)展。這些研究工作對于二維材料中熱傳輸基本物理機制的探索具有重要參考意義，為構(gòu)建更高性能的電子、光電子以及能量轉(zhuǎn)換與存儲器件提供了指導方向。該綜述文章在線發(fā)表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.201604134）上。

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