跨越非均匀分层的二维材料的超高热隔离

异质纳米材料现在可以促进先进的电子学和光子学应用，但是由于相对较短的热载体波长(称为声子)，这种进步对于热应用是具有挑战性的。在一项新的研究中，现在发表在Science Advances，Sam Vaziri和Theiss Research的同事以及美国国家标准与技术研究院(NIST)的电气工程，材料科学与工程系以及Precourt能源研究所斯坦福大学，加利福尼亚州斯坦福大学，在超薄异质结构中表现出异常高的热隔离。

他们通过分层原子级薄的二维(2-D)材料形成单层石墨烯(Gr)，二硫化钼(MoS2)的人造堆叠来实现这一目标。和二硒化钨(WSe2)，其耐热性大于二氧化硅(SiO2)。在室温下，有效导热系数低于空气。利用拉曼测温技术，科学家们同时确定了堆叠中任何二维单层膜之间的热阻，以形成热超材料，作为新兴声学领域的例子。Vaziri等人。提出超材料在超薄绝热，热能收集和超紧凑几何形状内的热量传递中的应用。

先进的电子和光子器件，如高电子迁移率晶体管，量子级联激光器和光子带隙晶体利用的费米性质电压门控或禁闭期间的电荷载体。然后他们在干扰期间利用长光子波长。然而，尽管现有对热管理应用的需求，但热纳米工程和新兴的声学领域仅提供了一些例子。这种差异是由固体中的热载荷振动的短波长引起的，其中玻色子性质声子也可能有助于积极控制固体中的热传输，而不能像电荷载体那样进行电压门控。

物理学家先前曾尝试使用非层压薄膜和超晶格来操纵固体的热性质，以降低组成材料以下的导热性，最终通过结构无序和高界面密度实现热操作，从而引入额外的热阻。由于强声子边界散射，他们在纳米工程硅和锗纳米线中发现异常低的导热率，并通过降低的声子散射在同位素纯材料如金刚石，石墨烯和砷化硼中获得大的热导率。

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