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《自然·通讯》报道经过“同位素纯化”的六方氮化硼(h¹⁰BN)室温热导率达到惊人的1650W/(m·K)
信息来源:本站 | 发布日期: 2026-03-23 08:09:03 | 浏览量:102177
近日,一项发表于《自然通讯》(Nature Communications)的研究报道了同位素纯化六方氮化硼(h⁰BN)在热输运领域的突破性发现。研究团队通过精密实验测量,揭示了该材料在室温下表现出极高的热导率,并观察到显著偏离传统理论的热传输现象。该研究由法国巴黎-萨克雷大学…
该研究由法国巴黎-萨克雷大学及法国国家科学研究中心(CNRS)主导,并联合美国等多国科研机构合作完成。
在这项工作中,研究人员结合悬空微桥技术与拉曼光谱,对悬空的单同位素六方氮化硼异质结构进行了温度分布测量。实验结果显示,其室温热导率超过1650 W/(m·K),显著高于以往报道的数值。这一结果表明,实验测量条件对热导率的评估具有关键影响,也提示此前研究可能低估了该材料的导热能力。
这项工作中使用的氮化硼,与传统样品的核心区别在于“同位素纯化”。
通常情况下,天然六方氮化硼(hBN)中的硼元素由两种稳定同位素混合组成(¹⁰B 和 ¹¹B)。这种“混合”会在晶格中引入额外的不均匀性,从而增强声子散射,限制热量的高效传输。
而在这项研究中,研究团队使用的是单一同位素的六方氮化硼(h¹⁰BN),也就是通过材料制备过程对硼同位素进行了富集和纯化,使晶体中几乎只含有 ¹⁰B。这种处理显著减少了晶格中的“同位素无序”,从而降低了声子散射。
除了同位素纯化外,实验还采用了悬空结构(suspended microbridge),即将材料从基底上“架空”,以避免基底对热传导的干扰,从而测得更接近材料本征的热导率。
为了提高分析精度,研究团队在实验中引入了更多测量数据点,并对热输运模型进行了优化,使其精度超越传统方法。基于改进后的模型,研究人员发现该材料的热传输行为在不同温区呈现出明显差异:当温度高于300K时,温度分布基本呈线性,符合经典傅里叶定律所描述的扩散机制;而当温度低于300K时,温度分布则明显偏离线性,表现出非扩散特征。
这一现象表明,在低温条件下,热量在材料中的传播方式不再遵循传统的“扩散”图景,而可能涉及更复杂的输运机制。这一发现挑战了长期以来基于傅里叶定律建立的热输运理论框架,也凸显了在二维材料体系中重新审视热传导机理的必要性。
研究人员指出,这项工作不仅为理解二维材料中的热输运提供了新的实验依据,也为未来建立更完善的理论模型奠定了基础。同时,该研究提出了一种结合拉曼温度映射、测量点数量控制以及热学模拟的实用方法框架,可用于更可靠地评估二维材料的面内热导率。
随着电子器件不断向微型化和高集成度发展,材料的散热性能愈发关键。该研究所揭示的超高导热能力及其非常规热输运特性,有望为新一代热管理技术提供重要参考,并推动纳米尺度热工程领域的进一步发展。
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