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憑借其優異的光學、電學、機械性能，已被用作構建各種新型光、熱、電功能器件和能量轉換和存儲設備構的重要組成部分。巨納集團旗下低維材料在線91cailiao.cn的技術工程師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的影響，因為這與新興器件水平上的能量消耗、熱耗散、能量轉換和熱調控息息相關。事實上，由于獨特和多樣化的二維晶體結構和不同聲子模式對熱傳輸的貢獻，2DLMs系統在熱傳輸上盡管有一些共同的熱學性質，例如層數依賴的熱導率，每種材料還具有更獨特的熱學性能可以加以利用 。盡管有如此優越的預期性能，對于高質量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組合的異質結構的熱學特性的研究仍處于不斷探索中。目前已有的實驗結果和理論預測為后續研究提供了借鑒價值。

基于上述二維材料熱學領域已有的發展和遭遇的挑戰，南京大學朱嘉教授課題組撰寫了綜述論文，系統地分析了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與分析。論文首先介紹了二維材料領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果表明，2DLMs熱傳導性能精確地受到樣品尺寸和材料結構的影響：隨著原子層數的變化，不同材料熱導率呈現出奇特的變化趨勢（如Graphene、MoS2、h-BN、black phosphorous）；對于各向異性熱傳輸，2DLMs中天然層內共價鍵結合與層間范德瓦爾斯力結合的特點，導致了每種材料層內與層間熱導率的差異，另外結合材料層內結構的各向異性，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在實際能量轉換與存儲領域的應用做了介紹與展望，如高導熱性材料（石墨烯和氮化硼），在散熱和儲能領域的輔助作用，以及black phosphorous和Bi2Te3 在熱電轉換中的潛在發展。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，為構建更高性能的電子、光電子以及能量轉換與存儲器件提供了指導方向。該綜述文章在線發表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.201604134）上。

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