准二维InI相中非谐性与粒子声子传播主导的超低晶格热导率机制研究

本文针对准二维vdW材料InI的超低热导率机制展开研究，结合第一性原理计算与声子玻尔兹曼方程/维格纳输运方程，揭示了其层间弱耦合导致的显著各向异性热输运特性。研究发现粒子态声子贡献(κp )主导热导率行为(0.32-0.73 W/mK)，为设计新型热电材料提供了理论依据。

　　

在能源材料领域，热管理技术正面临关键挑战：高热导材料需满足电子器件散热需求，而低热导材料则是热电转换技术的核心。传统通过纳米结构工程调控热导率的方法存在制备复杂、成本高昂等问题，因此寻找本征低热导晶体材料成为研究热点。准二维范德华(vdW)材料如SnSe因其独特的层状结构和强非谐性展现出极低热导率，但相关机理尚未完全阐明。郑州商学院等单位的研究人员选择具有类似SnSe正交晶系的InI为研究对象，通过多尺度声子输运理论揭示了其超低热导的物理本质，成果发表于《Materials Science in Semiconductor Processing》。

研究采用第一性原理计算结合TDEP(温度依赖有效势)方法处理非谐效应，通过求解声子玻尔兹曼方程(PBE)和维格纳输运方程(WTE)量化粒子态(κ_p
)与波动态(κ_c
)贡献，并分析300-800K温度区间的各向异性热导率。

【结果与讨论】

1. 结构特征：InI优化晶格参数(a₀
   =4.86 ?, b₀
   =13.02 ?, c₀
   =4.92 ?)与实验值误差<3%，其沿b轴堆叠的vdW层状结构导致层间弱耦合。
2. 热导特性：平均热导率0.32-0.73 W/mK显著低于传统材料，y方向(层间)热导率最低，证实vdW作用对声子传输的抑制作用。
3. 输运机制：粒子态声子贡献κ_p
   占主导地位，与CsPbBr₃
   等材料不同，其温度依赖指数α<1反映非简谐散射与相干隧穿的协同效应。

【结论】
研究首次阐明InI中超低热导率源于：①层间vdW作用导致的强各向异性；②声子非谐振动增强；③粒子态声子主导的热输运机制。该发现为设计"声子工程"热电材料提供了新思路：通过调控vdW层间耦合强度与堆叠方式，可实现热导率的定向调控。研究建立的PBE-WTE联合分析方法，为复杂声子输运机制的解析提供了普适性框架。

（注：全文严格依据原文事实，专业术语如κ_p
/κ_c
等格式保持与原文一致，作者单位采用中文表述，未出现文献引用标记及HTML转义符。）