纳米气泡包装材料的极端热绝缘
材料科学
2025-07-18 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
在常温下实现极低热导率是受经典热传导极限和材料设计权衡约束的根本性挑战。本文引入一种新型纳米气泡包装结构，通过将纳米尺度气体约束与原子薄弱耦合石墨烯固体相结合，实现了异常低的热导率。利用对 2D 单层进行可扩展的周期性纳米气泡和纳米皱褶图案化，我们构建了结构类似宏观气泡包装但工程化长度尺度远小于空气平均自由程以及石墨烯单层声子平均自由程的材料。时间域热再射率测量显示，垂直热导率常温下大气压下几乎低于空气和商业气凝胶一个数量级，甚至低于 0.001 W·m⁻¹·K⁻¹。这种极端热阻源于气体相导热、声子传输以及界面耦合的综合抑制。我们的研究将纳米气泡包装确立为调谐超薄材料热流的多功能平台，为设计热力学超材料和高效能技术开辟了新路径。
引用
@article{arxiv.2507.12685,
title = {Extreme Thermal Insulation in Nano-Bubble Wrap Materials},
author = {Amalya C. Johnson and Sorren Warkander and Archana Raja and Fang Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.12685},
year = {2025}
}