Materials发表二维材料热学特性综述

南京大学朱嘉教授课题组与美国范德堡大学Prof. Deyu Li
合作在金属-卤素钙钛矿纳米线热传输性质研究中取得新进展,近期以《Cation
Dynamics Governed Thermal Properties of Lead Halide Perovskite
Nanowires》在线发表在Nano Letters 上。(DOI:
10.1021/acs.nanolett.7b04437)

现代工程与应用科学学院朱嘉教授课题组应邀在Advanced Functional
Materials上发表综述文章 Thermal Properties of Two Dimensional Layered
Materials (DOI: 10.1002/adfm.201604134)
,对于近年来备受瞩目的二维层状材料独特的热学性能进行了总结与展望。

澳门新葡亰,金属-卤素钙钛矿材料作为新兴的功能材料,
在光电子器件,如高效率的太阳能电池,高品质激光及发光二极管方面展现出很大的潜力,而其纳米线结构在各项应用中也表现出独特的优势。尽管钙钛矿材料光电子特性已经被广泛研究,但其热物理性质的深入研究仍然欠缺,却对其各类光电器件的散热及稳定性产生直接影响。此外,由于这种材料潜在具有较高的塞贝克系数与较低热导率,其在热电能量转化中也具有发展潜力。因此,研究金属-卤素钙钛矿纳米结构的热学性质是目前关注的焦点之一,具有重要意义。

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自石墨烯发现以来,二维层状材料受到了研究人员的广泛关注,并且在电、热、光学器件展现出独特的性能与巨大潜力。为了了解器件中材料的能量消耗、热耗散水平,对整个器件做良好温度调控以发挥最好的光、电性能,二维层状材料的热传导特性成为了关注的热点。

图一. CH3NH3PbI3, CH3NH3PbBr3和 CsPbBr3纳米线热导率

该综述对于二维层状材料热学特性的测试方法,不同二维材料的热学特性,以及二维材料在实际能量转换与存储领域的应用前景作了总结与展望。介绍了二维材料领域中热导率测试的两种主流方式(SuspendedMicro-Bridge
Method&Optothermal Raman
Technique),讨论了各自的优势与局限;从尺寸依赖效应与各向异性等方面,对于具有不同种结构的二维材料的热导率作了对比和分析,讨论了基础的热传导机理;同时结合测试得到的热导率特性,对于二维材料在热电能量转换以及热能存储利用等方面的前景进行了展望。这些研究工作对于二维材料中热学相关的探索具有重要参考意义。

基于上述背景,朱嘉教授课题组利用悬空热桥方法系统测试了CH3NH3PbI3,
CH3NH3PbBr3和 CsPbBr3三种钙钛矿纳米线的热导率。测试结果展示出在35 K到325
K的测试温度区间内,三种材料随温度变化的热导率
。通过实验数据与理论分析,可以发现它们的热传输特性受到阳离子动力学控制。一方面,由于有机阳离子的作用,使得CH3NH3PbBr3结构内无序度增加,其热导率与CsPbBr3相比受到显著抑制。另一方面,两种有机-无机杂化钙钛矿相比,
在低温区CH3NH3PbBr3结构内受阳离子动力学影响具有更高的无序度,使其在低温区热导率更低;而在高温区热导率受阳离子动力学影响减弱,由于CH3NH3PbI3更低的声速度与较高倒逆散射率,使其在高温区热导率更低。此项工作揭示了三种钙钛矿纳米线的本征热传输机理,对理解同类材料热学性质以及构建高性能器件具有重要意义。

朱嘉教授课题组长期关注纳米热传输领域的研究,在热学领域紧密关注低维纳米热电材料的合成,低维层状材料基本热传导机理及其在光热、热电领域的应用。

课题组博士生王毓熙,朱鹏臣和硕士生林仁兴为文章共同第一作者,南京大学朱嘉教授和范德堡大学
Prof. Deyu Li
为文章的共同通讯作者。纳米加工与表征中心王前进老师给予该工作很大帮助。这一工作还受到国家重点基础研究计划,国家自然科学基金委群体及面上项目,中央高校基本科研业务费专项基金,江苏省优势学科等项目的支持。

现代工程与应用科学学院16级博士王毓熙为该文第一作者,南京大学现代工程与应用科学学院朱嘉教授为本文通讯作者,现代工程与应用科学学院徐凝博士和Vanderbilt
University的Prof. Deyu
Li给予该工作很大帮助。该工作得到了国家重点基础研究计划青年项目,国家自然科学基金委群体及面上项目,中央高校基本科研业务费专项基金,江苏省优势学科等项目的支持。

(现代工程与应用科学学院 科学技术处)

(现代工程与应用科学学院 科学技术处)

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