- 必威体育下载

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

摘要

以石墨烯和氮化硼为代表的二维材料为研究低维体系热传导及其相关界面热阻提供了一个绝佳的平台. 近年的研究表明, 二维材料热导率有着丰富的物理图像, 如长度效应、维度效应、同位素效应及各向异性等. 本文详细综述近十年来二维材料在热传导方面的研究进展. 首先简述二维材料热传导测量技术的原理及发展, 如热桥法、电子束自加热法、时域热反射法及拉曼法等; 其次, 介绍二维材料热传导及界面热阻的实验研究进展, 讨论其相关物理问题; 最后, 介绍二维材料在散热应用方面的研究进展, 并进行总结、指出存在的问题及进一步展望二维材料未来在散热领域的研究方向与前景.

关键词:

Abstract

The two-dimensional (2D) materials represented by graphene and boron nitride provide an excellent platform for the study of thermal conduction and the interfacial thermal resistance in low-dimensional system. Recent studies recover exotic physics behind the novel thermal transport properties of 2D materials, such as length effect, dimensional effect, isotopic effect, anisotropic effect, etc. In this review, we introduce the recent progress of thermal properties in 2D materials in the last decade. The principle and development of thermal conduction measurement technologies used in 2D materials are introduced, followed by the experimental progress of thermal conduction and interfacial thermal resistance. Special attention is paid to the abnormal thermal transport and relevant physical problems. Finally, we present thermal management and heat dissipation in 2D electronic devices, summarize and point out the problems and bottlenecks, and forecast the future research directions and foregrounds.

Keywords:

作者及机构信息

通信作者:徐象繁,xuxiangfan@tongji.edu.cn

基金项目:广东省重点领域研发计划(批准号: 2020B010190004), 国家重点研发计划“战略性先进电子材料”重点专项(批准号: 2017YFB0406000)和国家自然科学基金(批准号: 11674245, 11890703, 11935010)资助的课题

Authors and contacts

Corresponding author:Xu Xiang-Fan,xuxiangfan@tongji.edu.cn

Funds:Project supported by the Key Research and development Plan of Guangdong Province (Grant No. 2020B010190004), the Key Special Project of the National Key Research and Development Plan of “Strategic Advanced Electronic Materials” (Grant No. 2017YFB0406000), and the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11674245, 11890703, 11935010)

文章全文: translate this paragraph

参考文献

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
[37]
[38]
[39]
[40]
[41]
[42]
[43]
[44]
[45]
[46]
[47]
[48]
[49]
[50]
[51]
[52]
[53]
[54]
[55]
[56]
[57]
[58]
[59]
[60]
[61]
[62]
[63]
[64]
[65]
[66]
[67]
[68]
[69]
[70]
[71]
[72]
[73]
[74]
[75]
[76]
[77]
[78]
[79]
[80]
[81]
[82]
[83]
[84]
[85]
[86]
[87]
[88]
[89]
[90]
[91]
[92]
[93]
[94]
[95]
[96]
[97]
[98]
[99]
[100]
[101]
[102]
[103]
[104]
[105]
[106]
[107]
[108]
[109]
[110]
[111]
[112]
[113]
[114]
[115]
[116]
[117]
[118]
[119]
[120]
[121]
[122]
[123]
[124]
[125]
[126]
[127]
[128]
[129]
[130]
[131]
[132]
[133]
[134]
[135]
[136]
[137]
[138]
[139]
[140]
[141]
[142]
[143]
[144]
[145]
[146]
[147]
[148]
[149]
[150]
[151]
[152]
[153]
[154]
[155]
[156]
[157]
[158]
[159]
[160]
[161]
[162]
[163]
[164]
[165]
[166]
[167]
[168]
[169]
[170]
[171]
[172]
[173]
[174]
[175]
[176]
[177]
[178]
[179]
[180]
[181]
[182]
[183]
[184]
[185]
[186]
[187]
[188]
[189]
[190]
[191]
[192]
[193]
[194]
[195]
[196]
[197]
[198]
[199]
[200]
[201]
[202]
[203]
[204]
[205]
[206]
[207]
[208]
[209]
[210]
[211]
[212]
[213]
[214]
[215]
[216]
[217]
[218]
[219]
[220]
[221]
[222]
[223]
[224]
[225]
[226]
[227]
[228]
[229]
[230]
[231]
[232]
[233]
[234]
[235]
[236]
[237]
[238]
[239]
[240]
[241]
[242]
[243]
[244]
[245]
[246]
[247]
[248]
[249]
[250]
[251]
[252]
[253]
[254]
[255]
[256]
[257]
[258]
[259]
[260]
[261]
[262]
[263]
[264]
[265]
[266]
[267]
[268]
[269]
[270]
[271]
[272]
[273]
[274]
[275]
[276]

施引文献

下载: 全尺寸图片幻灯片

制备方式	石墨烯层数	热导率κ/W·(m·K)^–1	备注
拉曼法
机械剥离^[31]	1层	~4840—5300 (室温)	数值高估, 见本节文字部分
机械剥离^[97]	1层	~3080—5150 (室温)	数值高估, 见本节文字部分
化学气相沉积^[66]	1层	~2500 +1100/–1050 (T= 350 K)	/
化学气相沉积^[66]	1层	~1400 +500/–480 (T= 500 K)	/
化学气相沉积^[98]	1层	~2600 — 3100 (T= 350 K)	/
机械剥离^[63]	1层	~630 (T= 660 K)	/
机械剥离^[99]	1层	~1800 (T= 325 K)	/
机械剥离^[99]	1层	~710 (T= 500 K)	/
化学气相沉积^[69]	1层	~850—1100 (T= 303—644 K)	/
机械剥离^[69]	1层	~1500 (T= 330—445 K)	/
机械剥离^[69]	2层	~970 (T= 303—630 K)	/
悬空热桥法
化学气相沉积^[100]	1层	~190(T= 280 K,L= 0.5 μm)	/
化学气相沉积^[43]	2层	~560—620(室温,L= 5 μm)	/
化学气相沉积^[17]	1层	~1689—1831(T= 300 K,L= 9 μm)	/
SThM
化学气相沉积^[85]	1层	~2100—2430(T= 335 K)	/

下载: 导出CSV

制备方式	氮化硼薄膜层数	测量方法	热导率(室温/300 K)
制备方式	氮化硼薄膜层数	测量方法	κ/(W(m·K)^–1)
机械剥离^[120]	5层	微桥电阻温度计法	~250
机械剥离^[120]	11层	微桥电阻温度计法	~360
化学气相沉积^[62]	9层	拉曼法	~227—280
化学气相沉积^[57]	2.1 nm	拉曼法	~223
化学气相沉积^[121]	10 nm/20 nm	稳态/瞬态	~100
机械剥离^[41]	2层	热桥法	~484 +141/–24
机械剥离^[44]	4层	热桥法	~286
机械剥离^[56]	1层	拉曼法	751 ± 340
机械剥离^[56]	2层	拉曼法	646 ± 242
机械剥离^[56]	3层	拉曼法	602 ± 247

下载: 导出CSV

制备方式	硫化钼薄膜层数	测量方法	热导率 (300 K/室温)
制备方式	硫化钼薄膜层数	测量方法	κ/(W·(m·K)^–1)
悬空
化学气相沉积^[59]	11层	拉曼法	~52
机械剥离^[60]	1层	拉曼法	34.5 ± 4
机械剥离^[126]	4层	热桥法	~44—45
机械剥离^[126]	7层	热桥法	~48—52
机械剥离^[127]	1层	拉曼法	84 ± 17
机械剥离^[127]	2层	拉曼法	77 ± 25
机械剥离^[54]	4层	电子束自加热	34 ± 6
机械剥离^[54]	5层	电子束自加热	30 ± 3
化学气相沉积^[128]	1层	拉曼法	13.3 ± 1.4
化学气相沉积^[128]	2层	拉曼法	15.6 ± 1.5
化学气相沉积^[47]	1层	热桥法	~21—24
化学气相沉积^[18]	1层	拉曼法	60.3 ± 5.2
化学气相沉积^[18]	2层	拉曼法	38.4 ± 3.1
化学气相沉积^[18]	3层	拉曼法	44.8 ± 5.9
化学气相沉积^[18]	4层	拉曼法	36.9 ± 4.9
衬底
机械剥离^[129]	1层	拉曼法	~62.2
机械剥离^[65]	4层	拉曼法	60.3 ± 5

下载: 导出CSV

制备方式	薄膜层数	测量方法	热导率 (300 K/室温)
制备方式	薄膜层数	测量方法	κ/(W·(m·K)^–1)
硒化钼
机械剥离^[127]	1层	拉曼法	59 ± 18
机械剥离^[127]	2层	拉曼法	42 ± 13
机械剥离^[70]	45 nm	拉曼法	11.1 ± 0.4
机械剥离^[70]	140 nm	拉曼法	20.3 ± 0.9
机械剥离^[132]	5 nm	拉曼法	6.2 ± 0.9
机械剥离^[132]	36 nm	拉曼法	10.8 ± 1.7
硒化钽
机械剥离^[133]	45 nm	拉曼法	~9
机械剥离^[133]	55 nm	拉曼法	~11
硫化钨
化学气相沉积^[134]	1层	拉曼法	~32
化学气相沉积^[134]	2层	拉曼法	~53
化学气相沉积^[18]	1层	拉曼法	74.8 ± 17.2
硒化钨
化学气相沉积^[18]	1层	拉曼法	66 ± 20.9
碲化钨
机械剥离^[135]	220 nm	TDTR	~2
机械剥离^[136]	11.2 nm	拉曼	~0.639—0.743
硫化铼
机械剥离^[137]	150 nm	TDTR	~50—70

下载: 导出CSV

界面结构	室温界面热导	界面结构	室温界面热导
界面结构	G_int/MW·(m²·K)^–1	界面结构	G_int/MW·(m²·K)^–1
石墨烯 (G)		G/h-BN^[235]	~17
石墨烯 (G)		MoS₂/h-BN^[236]	~52.2
SiO₂/G/SiO₂^[237]	~83—179	硫化钼 (MoS₂)、硒化钼 (MoSe₂)
G/SiO₂^[238]	~50	硫化钼 (MoS₂)、硒化钼 (MoSe₂)
G/Al₂O₃^[239]	~17	MoS₂/SiO₂or AlN^[240]	~15
Au/Ti/G/SiO₂^[241]	~25	MoS₂/Au^[127]	~0.44—0.74
Au/Ti/G/SiO₂^[196]	~20	MoS₂/SiO₂^[129]	~1.94
Al/G/Si^[242]	~62—65	MoS₂/SiO₂^[243]	~14
Al/G/SiO₂^[242]	~21—24	MoS₂/SiO₂^[244]	~21
Au/Ti/G/sapphire^[245]	~33.5	MoSe₂/SiO₂^[127]	~0.09—0.13
Au/Ti/G/diamond^[245]	~6.2	MoSe₂/SiO₂^[243]	~2
G/Au^[76]	~23	黑磷 (BP)
G/Al^[76]	~27	黑磷 (BP)
G/Ti^[76]	~31	BP/SiO_X^[246]	~21.7—114
G/Au^[66]	~18.8—44	BP/SiO_X^[247]	~202—60
氮化硼 (h-BN)		硒化钨 (WSe₂)
h-BN/SiO₂/Si^[248]	~8.3	WSe₂/Si/SiO₂^[249]	~10—32
Metal/h-BN/SiO₂^[234]	~29—63	WSe₂/SiO₂^[250]	~22

下载: 导出CSV

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
[37]
[38]
[39]
[40]
[41]
[42]
[43]
[44]
[45]
[46]
[47]
[48]
[49]
[50]
[51]
[52]
[53]
[54]
[55]
[56]
[57]
[58]
[59]
[60]
[61]
[62]
[63]
[64]
[65]
[66]
[67]
[68]
[69]
[70]
[71]
[72]
[73]
[74]
[75]
[76]
[77]
[78]
[79]
[80]
[81]
[82]
[83]
[84]
[85]
[86]
[87]
[88]
[89]
[90]
[91]
[92]
[93]
[94]
[95]
[96]
[97]
[98]
[99]
[100]
[101]
[102]
[103]
[104]
[105]
[106]
[107]
[108]
[109]
[110]
[111]
[112]
[113]
[114]
[115]
[116]
[117]
[118]
[119]
[120]
[121]
[122]
[123]
[124]
[125]
[126]
[127]
[128]
[129]
[130]
[131]
[132]
[133]
[134]
[135]
[136]
[137]
[138]
[139]
[140]
[141]
[142]
[143]
[144]
[145]
[146]
[147]
[148]
[149]
[150]
[151]
[152]
[153]
[154]
[155]
[156]
[157]
[158]
[159]
[160]
[161]
[162]
[163]
[164]
[165]
[166]
[167]
[168]
[169]
[170]
[171]
[172]
[173]
[174]
[175]
[176]
[177]
[178]
[179]
[180]
[181]
[182]
[183]
[184]
[185]
[186]
[187]
[188]
[189]
[190]
[191]
[192]
[193]
[194]
[195]
[196]
[197]
[198]
[199]
[200]
[201]
[202]
[203]
[204]
[205]
[206]
[207]
[208]
[209]
[210]
[211]
[212]
[213]
[214]
[215]
[216]
[217]
[218]
[219]
[220]
[221]
[222]
[223]
[224]
[225]
[226]
[227]
[228]
[229]
[230]
[231]
[232]
[233]
[234]
[235]
[236]
[237]
[238]
[239]
[240]
[241]
[242]
[243]
[244]
[245]
[246]
[247]
[248]
[249]
[250]
[251]
[252]
[253]
[254]
[255]
[256]
[257]
[258]
[259]
[260]
[261]
[262]
[263]
[264]
[265]
[266]
[267]
[268]
[269]
[270]
[271]
[272]
[273]
[274]
[275]
[276]

[1]	郑建军, 张丽萍.单层Cu₂X(X=S,Se):具有低晶格热导率的优秀热电材料. 必威体育下载 , 2023, 0(0): 0-0.doi:10.7498/aps.72.20220015
[2]	赵建宁, 魏东, 吕国正, 王子成, 刘冬欢.一维异质结构的瞬态热整流效应. 必威体育下载 , 2023, 72(4): 044401.doi:10.7498/aps.72.20222085
[3]	刘英光, 薛新强, 张静文, 任国梁.基于界面原子混合的材料导热性能. 必威体育下载 , 2022, 71(9): 093102.doi:10.7498/aps.71.20211451
[4]	曹炳阳, 张梓彤.热智能材料及其在空间热控中的应用. 必威体育下载 , 2022, 71(1): 014401.doi:10.7498/aps.71.20211889
[5]	安盟, 孙旭辉, 陈东升, 杨诺.石墨烯基复合热界面材料导热性能研究进展. 必威体育下载 , 2022, 71(16): 166501.doi:10.7498/aps.71.20220306
[6]	刘天瑶, 刘灿, 刘开辉.表界面调控米级二维单晶原子制造. 必威体育下载 , 2022, 71(10): 108103.doi:10.7498/aps.71.20212399
[7]	孙颖慧, 穆丛艳, 蒋文贵, 周亮, 王荣明.金属纳米颗粒与二维材料异质结构的界面调控和物理性质. 必威体育下载 , 2022, 71(6): 066801.doi:10.7498/aps.71.20211902
[8]	刘子媛, 潘金波, 张余洋, 杜世萱.原子尺度构建二维材料的第一性原理计算研究. 必威体育下载 , 2021, 70(2): 027301.doi:10.7498/aps.70.20201636
[9]	方文玉, 陈粤, 叶盼, 魏皓然, 肖兴林, 黎明锴, AhujaRajeev, 何云斌.二维XO₂(X= Ni, Pd, Pt)弹性、电子结构和热导率. 必威体育下载 , 2021, 70(24): 246301.doi:10.7498/aps.70.20211015
[10]	梅涛, 陈占秀, 杨历, 朱洪漫, 苗瑞灿.非对称纳米通道内界面热阻的分子动力学研究. 必威体育下载 , 2020, 69(22): 224701.doi:10.7498/aps.69.20200491
[11]	张龙艳, 徐进良, 雷俊鹏.尺寸效应对微通道内固液界面温度边界的影响. 必威体育下载 , 2019, 68(2): 020201.doi:10.7498/aps.68.20181876
[12]	史若宇, 王林锋, 高磊, 宋爱生, 刘艳敏, 胡元中, 马天宝.基于滑动势能面的二维材料原子尺度摩擦行为的量化计算. 必威体育下载 , 2017, 66(19): 196802.doi:10.7498/aps.66.196802
[13]	刘英光, 张士兵, 韩中合, 赵豫晋.纳晶铜晶粒尺寸对热导率的影响. 必威体育下载 , 2016, 65(10): 104401.doi:10.7498/aps.65.104401
[14]	张程宾, 程启坤, 陈永平.分形结构纳米复合材料热导率的分子动力学模拟研究. 必威体育下载 , 2014, 63(23): 236601.doi:10.7498/aps.63.236601
[15]	葛宋, 陈民.接触角与液固界面热阻关系的分子动力学模拟. 必威体育下载 , 2013, 62(11): 110204.doi:10.7498/aps.62.110204
[16]	李威, 冯妍卉, 唐晶晶, 张欣欣.碳纳米管Y形分子结的热导率与热整流现象. 必威体育下载 , 2013, 62(7): 076107.doi:10.7498/aps.62.076107
[17]	李静, 冯妍卉, 张欣欣, 黄丛亮, 杨穆.考虑界面散射的金属纳米线热导率修正. 必威体育下载 , 2013, 62(18): 186501.doi:10.7498/aps.62.186501
[18]	黄丛亮, 冯妍卉, 张欣欣, 李威, 杨穆, 李静, 王戈.介孔二氧化硅基导电聚合物复合材料热导率的实验研究. 必威体育下载 , 2012, 61(15): 154402.doi:10.7498/aps.61.154402
[19]	杨平, 吴勇胜, 许海锋, 许鲜欣, 张立强, 李培.TiO2/ZnO纳米薄膜界面热导率的分子动力学模拟. 必威体育下载 , 2011, 60(6): 066601.doi:10.7498/aps.60.066601
[20]	王建立, 熊国平, 顾明, 张兴, 梁吉.多壁碳纳米管/聚丙烯复合材料热导率研究. 必威体育下载 , 2009, 58(7): 4536-4541.doi:10.7498/aps.58.4536

计量

文章访问数:25736
PDF下载量:1299
被引次数:0

搜索

留言板