超薄单晶 PbI2 纳米片超低热导率的非破坏性表征与弯曲声子抑制机制研究

《Nature Communications》：Observation of ultra-low thermal conductivity in ultra-thin single-crystalline PbI2 nanosheets

　　

摘要

低导热系数材料是下一代热管理技术的关键。然而，对超薄单晶的非破坏性表征仍然具有挑战性。在本研究中，我们发现7.9纳米厚的单晶PbI₂纳米片在室温下的导热系数仅为0.24 W/(m·K)，这属于超薄单晶领域中实验获得的最低导热系数值之一。这一成果得益于一种原位生长-定位-测量策略的运用，该策略将水溶液成核过程与气流辅助对齐技术相结合，实现了纳米片向悬浮式热桥的非破坏性转移。通过第一性原理密度泛函理论计算和拉曼光谱分析，我们发现PbI₂中导热性能的抑制现象源于弯曲声子（flexural acoustic phonons）的传播特性：这些声子的群速度极低且寿命短暂。此外，厚度效应还会进一步加剧声子传播的抑制作用；而原位辐照技术则实现了热特性的动态调节。本研究为超低导热系数超薄单晶的表征提供了可靠的实验方法，将理论预测与实际实验结果相结合，为先进的柔性热管理应用奠定了基础。