利用纳米图案化 MoS2 实现热绝缘与热导引
介观与纳米尺度物理
2022-04-12 v1 材料科学
摘要
在现代电子学中,过热是器件失效的主要原因之一。过热对电路元件造成不可逆损伤,并可能导致火灾、爆炸和人身伤害。因此,在基于二维材料的电子学兴起之际,理解其热学性质及电学性质对于将多余热量高效转移出电子元件至关重要。本工作中,我们提出基于悬空、少层、纳米图案化 MoS2 的结构,可在面内方向绝缘并导引热量。我们通过深入研究原始与纳米图案化 MoS2 膜中面内热导率随厚度、孔隙率与温度的变化得到这些设计。采用双激光拉曼测温法测量一组直径大于 20 um、厚度 5 至 40 nm 的悬空 MoS2 薄片的导热系数,分别得到 30 至 85 W/mK 的数值。用聚焦离子束纳米图案化出直径 100 nm 孔的正方形晶格后,在周期 500 nm 时导热系数降低逾 10 倍,在周期 300 nm 时数值低于 1 W/mK。结果得到原始与纳米图案化 MoS2 的平衡分子动力学模拟支持。选择性图案化某些区域导致同一材料内导热系数出现极大差异。利用该效应首次在少层 MoS2 中实现热绝缘与热导引。图案化区域充当高热阻:仅四个周期 300 nm 的图案化晶格即获得 4x10-6 m2K/W 的热阻,凸显了 MoS2 在热管理应用中的显著潜力。
引用
@article{arxiv.2204.04999,
title = {Thermal insulation and heat guiding using nanopatterned MoS2},
author = {Peng Xiao and Alexandros El Sachat and Emigdio Chávez Angel and Giorgos Nikoulis and Joseph Kioseoglou and Konstantinos Termentzidis and Clivia M. Sotomayor Torres and Marianna Sledzinska},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.04999},
year = {2022}
}