由加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所的弗吉尼亚·格列柯撰写
信用:ICN2/Dámaso Torres
信用:加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所 发表在《先进材料》杂志上的一项研究揭示了二硒钼超薄晶体的热传输特性，二硒钼是一种过渡金属二硒化物(TMD)族的二维材料
TMD材料的性能优于硅，被证明是电子和光电应用的杰出候选材料，例如柔性和可穿戴设备
这项研究涉及来自ICFO(巴塞罗纳)、乌得勒支大学(荷兰)、列日大学(比利时)和魏茨曼科学研究所(以色列)的四个国际竞争网络团体的研究人员
克拉斯-扬·蒂勒鲁伊
对极小元件和器件的需求日益增长，这促使科学家们寻找最能满足这些需求的新材料
二维层状材料(2D材料)——可以薄至一层或几层原子层，并且仅在面内方向上牢固结合——已经吸引了学术界和工业界的注意，并且不断以其独特和显著的特性而令人惊讶
其中，过渡金属二硫化物(TMDs)在电子、光电子和光子领域有着广泛的应用前景
谈到器件的集成和小型化，需要考虑的一个关键方面是材料的热传输特性:在大多数应用中，过热是限制性能和寿命的一个关键因素
因此，为了利用TMDs的电子和光学特性，需要深入理解和控制这些材料中的热流
特别是，理解晶体厚度(低至一层)和环境对热传输的影响是应用的关键
晶体厚度对散热性能的影响 最近发表在《先进材料》杂志上的一项实验和理论相结合的研究调查了二硒钼(MoSe2)的热导率，这是一种典型的TMD材料
大卫·萨莱塔·雷格博士
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学生和这项工作的第一作者说，“我们对晶体厚度和周围环境对热流的影响进行了系统的研究
这填补了2D材料科学文献中的一个重要空白
“事实上，对从大块到单分子单层的广泛厚度范围内的热传输进行可靠的实验研究或计算机模拟并不是一件容易的事情
这项研究的作者能够克服这些挑战，并产生不仅对案例研究MoSe2有效，而且对更广泛的2D材料有效的方案和结果
超薄二氧化硅比超薄硅传热更快 实验测量与数值模拟相结合，得出了一个显著的结果:“我们发现，当晶体厚度一直减小到亚纳米厚度的单层时，样品的面内热导率仅略微下降，”塞宾·瓦格斯解释说
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该研究的学生和第二作者
这种行为源于二硫化钼的层状特性，使TMD材料区别于非层状半导体，如工业标准硅
在后者中，当厚度接近纳米时，由于表面散射增加，热导率急剧下降
这种效应在层状材料中不太明显，例如二硫化钼
第一原理热传输模拟以一种极好的方式再现了实验结果，并导致了另一个令人惊讶的结果:“对于最薄的薄膜，热量由不同的声子模式携带，而对于较厚的薄膜，”博士说
罗伯塔·法里斯，博士后研究员，开发并实现了从头模拟
最后，本研究还阐明了材料环境对散热的影响，证明超薄MoSe2能够非常有效地向周围的空气分子散热
博士；医生
负责协调这项工作的Klaas-Jan Tielrooij说:“这项工作表明，(亚)纳米厚度的TMD晶体在这种超薄极限下，在导电性和导热性方面都有可能优于硅膜
“因此，这些结果证明了TMDs在需要几纳米或更小厚度的应用中的良好前景，例如在柔性和可穿戴设备以及纳米级电子元件的情况下
“当然，TMD是否会兑现他们的承诺还有待观察，”Dr
Tielrooij，“因为在这些材料应用于工业规模之前，还有许多障碍需要克服
至少我们现在知道，它们的热特性——原则上——不是一个阻碍因素
" 本研究的作者使用拉曼测温技术测量了一大组厚度系统变化的悬浮、结晶和洁净二硫化钼晶体的热导率，注意识别和抑制可能的厚度相关伪影
他们将实验结果与基于密度泛函理论和玻尔兹曼输运理论的从头模拟进行了比较，从头模拟是用SIESTA方法和软件进行的，该方法和软件特别适用于具有大量原子的原子模拟
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