下载后可任意编辑石墨烯和纳米碳材料的导热性能的讨论 Alexander A. Balandin 近年来, 在科学领域和工程领域, 人们越来越多地去关注导热性能好的材料。散热技术已经成为电子工业持续进展的一个重要的话题, 低维结构的材料在热传导方面显示出了优异的性能。就导热能力而言, 碳的同素异构体及其衍生品占据了举足轻重的地位。在室温下的碳材料的导热系数跨越了一个非常大的范围——超过了五个数量级——从导热系数最低的无定型碳到导热系数最高的石墨烯和碳纳米管。在这里, 我回顾一下以石墨烯碳材料为热点的最近热性能的讨论成果, 碳纳米管和纳米级的碳材料在讨论方面遇到了不同程度的难题。在二维晶体材料方面, 特别是石墨烯, 人们非常关注尺寸对热传导的影响。我也描述了石墨烯和碳材料在电子传热机理上的应用前景。 实际生产应用和基础科学的进展表明了材料热性能讨论的重要性。由于功耗散热水平的提高, 导热技术已经成为电子工业持续进展的一个非常重要的热点。对导热性能非常好的材料的讨论严重影响着下一代集成电路和 3D 电子产品的设计进程。在光电子和光子设备领域我们也遇到了类似的需要导热处理的问题。另外, 电热能量转换技术需要材料具有很强的抑制热扩散的能力。 材料的导热能力由其电子结构决定, 因此一种材料热性能原理能够描述另外一种材料的热性能现象。材料热性能的变化只是在纳米尺度上变化。由于声子散射边界的增多或者声子色散的变化, 纳米管和大多数晶体将不再传热。同时, 对二维和一维晶体的热传导理论的讨论解释下载后可任意编辑了材料内在优异的热传导性能的原因。二维晶体导热性能的差异意味着不像非晶体那样, 它恢复材料的热平衡不能仅仅靠晶体的非简谐振动, 因为这不但需要限制系统的尺寸, 而且还需要掺杂进非晶体结构, 这样才能符合热传导性能的物理意义。这些发现引发了在低维系统中对傅里叶定律的有用性的非议。 碳材料具有非常多的同素异构体, 在热性能方面占据了举足轻重的低位( 如图, 1a) 。碳材料不同的同素异构体的热传导率跨越了很大的一个范围——五个数量级——非晶碳的热导率为 0.01W. mK1− , 在室温条件下金刚石或者石墨烯的热导率为大约 W. mK1− 。ⅱ型金刚石的热导率在 77K 的温度下达到了 10000W. mK1− , 碳纳米管的热导率在室温下达到了3000 到 3500 W. mK1− 之间, 超过了金刚石的热导率, 成为热导率最高的材料。 在严格保证是 2D 晶体的第...
