美國能源部-勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)的一個團隊進行了一項關于黑磷納米帶的實驗，他們的新發(fā)現(xiàn)或許為這種非常有前景的材料在電子設備、光電子設備、熱電子設備中的應用打下了堅實的基礎。他們證實在這種材料中，導熱性沿著之字形方向和扶手椅方向存在很強的平面內(nèi)各向異性。
Junqiao Wu 是一位伯克利實驗室材料科學部與加州大學伯克利分校材料科學工程系聯(lián)合聘請的物理學家，他說道：“我們可以把黑磷晶格想象成小球通過彈簧聯(lián)結而成的網(wǎng)格結構，在網(wǎng)格中，平面內(nèi)其中一個方向要比另一個方向柔軟一些。我們的研究顯示在黑磷納米帶中，如果施加同樣的熱流，平面不同方向上的表現(xiàn)存在很大的區(qū)別。這種二維黑磷晶體中的導熱各向異性在之前的理論研究中已經(jīng)被預測過，但在這項實驗之前從沒有被觀測到過。”
Wu是這項研究的相關作者。這篇名為《黑磷納米帶在100K以上溫度的平面內(nèi)導熱各向異性研究》發(fā)表在了《Nature Communications》雜志上。它的主要作者是Sangwook Lee和Fan Yang。
黑磷是以它不尋常的顏色來命名的。它是一種天然的半導體，之中的能量帶隙可以作為電導率的開關。理論已經(jīng)證實，相對于石墨烯而言，黑磷有相反的導熱性和導電性的各向異性，換句話來說，當熱在某一個方向具有很好的傳導性的時候，電在這個方向上的傳導性很低，反之亦然。這種各向異性在設計高效的晶體管或者熱電子設備時將會有很大幫助。不幸的是，實驗證實這種材料對于樣品加工和測量精度的要求很高，所以在應用方面依然面臨挑戰(zhàn)。
“我們先用激光光刻技術制造出黑磷納米帶，然后用懸掛的微型保護層來使納米帶相對于環(huán)境達到熱隔絕條件，這樣單個納米帶的溫度梯度和導熱系數(shù)就可以精確測量，”Wu說道。“我們還做了額外的工作，我們改造了納米帶和與之相連電極之間的接口，保證接觸電阻和接觸熱阻都是可忽略不計的，這對這種實驗至關重要。”
Wu和他的同事計劃接下來繼續(xù)用他們的實驗平臺研究黑磷納米帶在不同場合下導熱性的變化，如異面、相變以及疇界結構。此外，他們還希望研究在應力，應變等不同物理條件對其導熱性的影響。
