@ 2015.10.20 , 17:00

黑磷会是下一个材料的里程碑吗?

美国能源部-劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的一个团队进行了一项关于黑磷纳米带的实验,他们的新发现或许为这种非常有前景的材料在电子设备、光电子设备、热电子设备中的应用打下了坚实的基础。他们证实在这种材料中,导热性沿着之字形方向和扶手椅方向存在很强的平面内各向异性。

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Junqiao Wu 是一位伯克利实验室材料科学部与加州大学伯克利分校材料科学工程系联合聘请的物理学家,他说道:“我们可以把黑磷晶格想象成小球通过弹簧联结而成的网格结构,在网格中,平面内其中一个方向要比另一个方向柔软一些。我们的研究显示在黑磷纳米带中,如果施加同样的热流,平面不同方向上的表现存在很大的区别。这种二维黑磷晶体中的导热各向异性在之前的理论研究中已经被预测过,但在这项实验之前从没有被观测到过。”

Wu是这项研究的相关作者。这篇名为《黑磷纳米带在100K以上温度的平面内导热各向异性研究》发表在了《Nature Communications》杂志上。它的主要作者是Sangwook Lee和Fan Yang。

黑磷是以它不寻常的颜色来命名的。它是一种天然的半导体,之中的能量带隙可以作为电导率的开关。理论已经证实,相对于石墨烯而言,黑磷有相反的导热性和导电性的各向异性,换句话来说,当热在某一个方向具有很好的传导性的时候,电在这个方向上的传导性很低,反之亦然。这种各向异性在设计高效的晶体管或者热电子设备时将会有很大帮助。不幸的是,实验证实这种材料对于样品加工和测量精度的要求很高,所以在应用方面依然面临挑战。

“我们先用激光光刻技术制造出黑磷纳米带,然后用悬挂的微型保护层来使纳米带相对于环境达到热隔绝条件,这样单个纳米带的温度梯度和导热系数就可以精确测量,”Wu说道。“我们还做了额外的工作,我们改造了纳米带和与之相连电极之间的接口,保证接触电阻和接触热阻都是可忽略不计的,这对这种实验至关重要。”

Wu和他的同事计划接下来继续用他们的实验平台研究黑磷纳米带在不同场合下导热性的变化,如异面、相变以及畴界结构。此外,他们还希望研究在应力,应变等不同物理条件对其导热性的影响。

本文译自 Science Daily,由译者 焦盖盖 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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