1300瓦/米•度，新研究预测石墨烯的导热性或不如金刚石-石墨烯产业专题

1300瓦/米•度，新研究预测石墨烯的导热性或不如金刚石

时间:2023-12-07 作者: 来源:中粉石墨烯门户

中国粉体网讯 石墨烯，一种由碳原子组成的单层材料，被许多人誉为材料科学的“下一个大事件”。但根据普渡大学的研究人员称，它的热性能可能并非如先前所认为的那样具有革命性。

石墨烯是人类创造的第一个二维材料，厚度只有一个原子。在2004年被首次发现，2010年获得诺贝尔物理学奖。自那时起，由于其独特的性质，一直受到许多研究人员的关注。例如，据说石墨烯在科学界已知的所有材料中都具有最高的导电性能，并以其材料强度而闻名，并最佳导热体的称号。

“以前，人们认为导热系数最高的材料是金刚石，也就是以最快速度传递最多热量的材料。但是当石墨烯出现时，主流研究表明它比金刚石好得多。”

热导率以瓦特每米每开尔文（W/(m·K)）为单位进行测量。在这个尺度上，金刚石的热导率约为2000。但当科学家开始测量石墨烯的热导率时，早期估计达到了5000以上。在随后的实验测量和建模对石墨烯的热导率进行了精细调整，最近的研究将这一数字调整到约3000，仍然比金刚石好得多。

但普渡大学的研究人员发现了完全不同的东西。机械工程学院的Xiulin Ruan教授及其团队预测在室温下石墨烯的热导率为1300W/(m·K)——不仅低于金刚石，而且低于制成石墨烯的生石墨材料。相关研究成果以“Thermal conductivity of monolayer graphene: Convergent and lower than diamond”为题，发表于《Physical Review B》。

图1. 石墨烯中的声子自能

发现这一现象的一个障碍是原始计算能力的可用性。计算这种四声子散射需要一种并行计算策略，基本上使用了一台具有一太字节内存的计算集群。

目前，这些计算都是理论的。以前对石墨烯的测量存在较大的误差，需要减小以验证他们的理论。他们还计划预测由多层原子组成的石墨烯的导热性，而不仅仅是一层。

“石墨烯作为第一个二维材料，许多人认为它是一种魔法，人们相信它具有卓越的热、力学、光学、电学性质。作为热传导研究者，我们的工作是确认这一部分是否属实。石墨烯仍然是良好的导热体，但我们的工作预测它的热导率不如金刚石好。”

图3. 光谱和模式贡献