伯克利实验室实验证实高方向的热导率各向异性黑磷

研究人员从美国能源部的劳伦斯伯克利国家实验室有实验证明,单晶黑磷nanoribbons表现出各向异性平面导热性强,两倍,沿着他们的扶手椅和锯齿形的方向。

Junqiao吴(坐)和杨扇表明热流的黑磷nanoribbons可以非常不同的晶面沿着不同的方向。(由罗伊Kaltschmidt照片)

这个实验发现关于黑磷nanoribbons可能为未来铺平道路应用非常独特的材料在电子、热电和光电产品。

“想象黑磷的晶格球与弹簧的二维网络,网络是柔和的沿着一个方向比另一个飞机,“Junqiao Wu说,一个物理学家共同任命与加州大学伯克利分校(UC)材料科学与工程系和伯克利实验室材料科学部门。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球“我们的研究表明,在类似的方式热流黑磷nanoribbons可能非常不同的平面上沿不同的方向。这种热导率各向异性预测最近2 d黑磷晶体的理论家,但从未观察到。”

研究工作被描述在一篇发表在《自然通讯》杂志的标题下,”黑磷nanoribbons各向异性平面导热温度高于100 k。“主要作者在纸上杨Sangwook李和风扇,和相应的作者。

黑磷如此命名是因为它的颜色特征。它是一个自然的半导体材料具有能量隙,这有助于打开和关闭其电导率。从理论上讲,黑磷展品相反的电气和热导率各向异性与石墨烯相比,这意味着热流的沿着一个方向在电力斗争更容易流动。这种类型的各向异性会发展的非常有用的节能热电设备和晶体管。然而,通过实验验证证明是一项艰巨的任务由于样品制备和测量需求。

“我们制造黑磷nanoribbons使用光刻自顶向下的方法,然后利用暂停micro-pad设备热隔离nanoribbons从环境中这微小的温度梯度和热传导单一nanoribbon可以准确地确定,”吴说。“我们还额外英里去工程师nanoribbon和接触电极之间的界面,确保热与电接触电阻可以忽略不计,这对于这种类型的实验是必要的。”

这项研究是在分子的前提进行铸造,能源部科学办公室用户设施由伯克利实验室。这些实验的结果显示,热导率的黑磷高方向各向异性温度高于100 k。欧洲杯线上买球

Orientation-dependent声子色散在很大程度上造成了这种各向异性,这也是影响取向——在某种程度上依赖phonon-phonon散射率。在300 k进一步测试显示,热导率降低nanoribbon厚度减少的近50 nm从约300海里。没有变化的比率各向异性在这个厚度范围内,剩余的两倍。

”的热导率各向异性我们发现黑磷nanoribbons表明,当这些分层材料图案为微电子和光电设备,不同形状的晶格取向模式应考虑,”吴说。欧洲杯足球竞彩“这各向异性可以特别有利,如果热量生成和消散在设备运行中发挥作用。例如,这些orientation-dependent热导率给我们机会为冷却设计微电子设备和不同的晶格取向和操作微芯片。我们可以使用有效的热管理减少芯片温度和提高芯片的性能。”

展望未来,吴和他的同伴们会利用他们的实验研究分析各种场景,如相变、hetero-interfaces,和域边界,在黑磷nanoribbons可能影响导热系数。他们还将专注于混合物的物理条件的影响,如压力和压力。

除了吴、李、杨、其他论文的合著者是俊基·Suh Sijie杨Yeonbae李,李郭,圆唱崔承哲,Aslihan Suslu, Yabin Chen Changhyun Ko, Joonsuk公园,刘凯,镜泊湖,基达Hippalgaonkar, Jeffrey城市和Sefaattin Tongay。

美国能源部科学办公室支持这项研究。欧洲杯线上买球

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