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中科院研讨人员发现兼具低热导率和高刚性的新资料

时间: 2023-10-24 20:59:09 |   作者: 产品/永乐国际注册地址

金属研讨所李昺研讨员和张志东研讨员等科研人员与合作者一起发现,二磷化铜()晶体兼具高声速和低热导

产品特性

  金属研讨所李昺研讨员和张志东研讨员等科研人员与合作者一起发现,二磷化铜()晶体兼具高声速和低热导率,与惯例低热导率资料低声速、资料较软的特色形成了明显反差。这一研讨结果于

  高热导率资料在制冷系统散热、电子元器件热办理等方面具有极端严重使用,而低热导率资料则常常用来构建绝热环境。电子、磁振子、晶格均可导热,晶格作为固体资料最基本的导热载体,其声速越大,热导率也越大。

  据介绍,研讨之后发现层状晶体资料二磷化铜(CuP2)具有与经典半导体资料砷化镓(GaAs)相仿的声速,但热导率却低一个数量级。针对这一失常行为,科研人员使用非弹性中子散射技能系统研讨了该晶体的晶格动力学,从原子层次提醒了这一失常行为来源于Cu原子对的弱键合局域振荡形式(rattling振荡模)。该研讨中科研人员出现了完好的晶格动力学图画,为深化了解资料的失常热传导行为供给了确保。这一新资料的发现有望在一起具有十分杰出刚性和绝热性的场合得到使用。

  中科院金属所科研人员使用美国橡树岭国家试验室散裂中子源(SNS)的衍射仪POWGEN,研讨了资料的晶体结构。CuP2具有层状结构,P原子构成的网络和Cu原子层替换摆放。Cu原子两两形成了孤立的原子对,原子对间间隔较远。使用日本高能同步辐射设备(SPring-8)的BL04B2谱仪,获得了资料的对散布函数,剖析标明该系统不存在原子无序,然后排除了原子无序对声子的散射效果。科研人员生长了大块单晶,归纳运用澳大利亚核科技安排(ANSTO)的飞翔时刻谱仪Pelican和热中子三轴谱仪Taipan,选定(200)、(022)和(111)三个布里渊区,系统研讨了资料的晶格动力学,试验得到的色散联系与第一性原理核算结果彻底符合。在晶格动力学上,Cu原子对出现弱键合局域振荡形式。该形式在低温下频率约为11 meV,跟着温度上升,急剧软化,表现出激烈的非简谐性。在色散联系上,发现了反穿插(anti-crossing)特征,标明这种弱键合局域振荡形式激烈散射纵向声学声子。因为声学声子是导热的首要参与者,尤其是纵向声学声子(声速高达6243 m s-1)。因而,该形式对纵向声学声子的散射导致较低的声子寿数,抵消了高声速对热导率的奉献,这是形成该晶体具有低热导率的直接原因。

  CuP2晶体的热导率和晶体结构。a. CuP2与其它不存在原子无序的化合物的比照。b. CuP2单晶的热导率。c. CuP2的晶体结构。d.省略P原子的晶体结构。

  CuP2的晶格非谐性。a.不一样的温度下的声子态密度。b.第一性原理核算的声子态密度。c.(022)布里渊区的声子色散联系,其间11 meV处的形式即为rattling模。d-f.不同波矢和温度下的声子谱,其间随温度上升急剧软化的模即为rattling模。


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