記者從中國(guó)科學(xué)院合肥研究院獲悉，該院固體所功能材料物理與器件研究部童鵬研究員課題組與計(jì)算物理與量子材料研究部張永勝研究員課題組合作，在六角硫化物中發(fā)現(xiàn)了溫度驅(qū)動(dòng)的巨大熱導(dǎo)率跳變效應(yīng)，并給出理論解釋。該材料體系易于合成、原料環(huán)境友好，在熱流主動(dòng)控制領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
目前約90%能源的使用涉及熱量的產(chǎn)生與操控，因此有效控制熱量傳導(dǎo)對(duì)于提高能源利用率、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。材料的熱導(dǎo)率大小是決定其熱傳導(dǎo)能力的關(guān)鍵因素之一，但如果材料熱導(dǎo)率隨溫度變化而發(fā)生突變，則可根據(jù)導(dǎo)熱能力的不同實(shí)現(xiàn)對(duì)熱流的自主控制。近年來此類材料已得到了研究人員的廣泛關(guān)注。
研究人員發(fā)現(xiàn)，在低溫反鐵磁至高溫順磁相變處，六角硫化物的熱導(dǎo)率出現(xiàn)可逆跳變，變化率最大能超過200%，變化幅度遠(yuǎn)高于鎳鈦合金等典型固態(tài)熱導(dǎo)率突變材料。為了闡明熱導(dǎo)率突變的物理機(jī)制，研究人員通過對(duì)硫化鎳的電子能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算，結(jié)合求解玻爾茲曼輸運(yùn)方程，發(fā)現(xiàn)高于相變溫度的順磁態(tài)為金屬，具有較大的電子熱導(dǎo)率。研究人員用少量金屬銀粘接六角硫化物硫化鎳，通過與基體之間形成納米過渡層，金屬銀對(duì)熱應(yīng)力起到了很好的緩沖和釋放作用，顯著地改善了材料的脆性，同時(shí)也提高了材料的機(jī)械加工性能和熱循環(huán)穩(wěn)定性。
當(dāng)環(huán)境寒冷時(shí)，六角硫化物材料的低熱導(dǎo)率可以延緩熱量散失，起到保溫作用；而在炎熱的環(huán)境下，六角硫化物材料的高熱導(dǎo)率有助于熱量快速散發(fā)，防止器件過熱，可用于維持電池、芯片的最佳工作溫度。該材料也可以與具有相反熱導(dǎo)率溫度依賴關(guān)系的材料聯(lián)合使用，構(gòu)筑熱二極管。
