散热|美国高校的研究团队发现一种控制二维材料导热率的新方法，可用于电子设备的散热

来自美国北卡罗来纳州立大学（NCSU）、美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（UIUC）以及北美洲丰田研究所（TRINA）的研究团队表示，他们发现了一个控制二维材料热导率的意外之法，利用该方法可有效为使用这些材料的电子设备散热，该方法在制造便携的柔性电子设备上很有前景。

图为二维材料散热示意图

材料特性

由于二维材料具有层状的结构——每层结构在水平方向的结合力很强，在垂直方向的结合较弱——因此具有独特的电学及化学特性，这也使得这些材料在制造便携的柔性电子设备上很有前景。对于这些潜在应用来说，有效的散热是非常重要的，然而这是一个很棘手的工作，因为在二维材料中，平面内的热传导与平面外的热传导截然不同。

例如，对于过渡金属硫化物（TMD）类的二维材料，平面内的热传导率为100瓦/米·开尔文（W/mK），而平面外的热导率只有2W/mK，导热能力的各向异性比约为50。

实验研究

为了更好的了解二维材料的热传导特性，该团队开始对TMD材料二硫化钼（MoS2）进行实验研究。

研究人员发现，通过对MoS2引入干扰，其导热能力的各向异性得到了显著改善。他们通过在MoS2层间引入锂离子进行扰乱。这些离子的存在同时起到两个作用：打乱二维材料层间的对称结构，同时迫使MoS2重新排列其原子结构。

实验结果

当锂离子与MoS2的比例达到0.34时，平面内热传导率变为45W/mK，而平面外热传导率降至0.4W/mK，材料的导热能力各向异性比从50增至100以上，即沿平面传导的热量超过原来的两倍。

加入更少或者更多的锂离子都会减小材料的导热能力各向异性比，且其对各向异性比的影响是可预测的。这意味着研究人员可以根据实验需求调整材料的热传导率以及各向异性比。

应用前景

北卡罗来纳州机械与航空航天工程副教授Jun Liu说，“这个发现是非常违背直觉的。传统的经验是，对任何材料引入扰乱都会降低它的导热能力各向异性比。然而，基于我们的观察，我们认为这种控制材料热传导率的方法不仅可以应用于其他的TMD材料，同时可应用到更为广泛的二维材料当中。”

 研究人员表示，他们将致力于通过增进对二维材料的基本理解，探索二维材料对应用技术发展的更为实际的作用。