記者從中國科學(xué)院合肥研究院獲悉，該院固體所功能材料物理與器件研究部童鵬研究員課題組與計算物理與量子材料研究部張永勝研究員課題組合作，在六角硫化物中發(fā)現(xiàn)了溫度驅(qū)動的巨大熱導(dǎo)率跳變效應(yīng)，并給出理論解釋。該材料體系易于合成、原料環(huán)境友好，在熱流主動控制領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。
目前約90%能源的使用涉及熱量的產(chǎn)生與操控，因此有效控制熱量傳導(dǎo)對于提高能源利用率、實現(xiàn)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。材料的熱導(dǎo)率大小是決定其熱傳導(dǎo)能力的關(guān)鍵因素之一，但如果材料熱導(dǎo)率隨溫度變化而發(fā)生突變，則可根據(jù)導(dǎo)熱能力的不同實現(xiàn)對熱流的自主控制。近年來此類材料已得到了研究人員的廣泛關(guān)注。
研究人員發(fā)現(xiàn)，在低溫反鐵磁至高溫順磁相變處，六角硫化物的熱導(dǎo)率出現(xiàn)可逆跳變，變化率最大能超過200%，變化幅度遠(yuǎn)高于鎳鈦合金等典型固態(tài)熱導(dǎo)率突變材料。為了闡明熱導(dǎo)率突變的物理機制，研究人員通過對硫化鎳的電子能帶結(jié)構(gòu)計算，結(jié)合求解玻爾茲曼輸運方程，發(fā)現(xiàn)高于相變溫度的順磁態(tài)為金屬，具有較大的電子熱導(dǎo)率。研究人員用少量金屬銀粘接六角硫化物硫化鎳，通過與基體之間形成納米過渡層，金屬銀對熱應(yīng)力起到了很好的緩沖和釋放作用，顯著地改善了材料的脆性，同時也提高了材料的機械加工性能和熱循環(huán)穩(wěn)定性。
當(dāng)環(huán)境寒冷時，六角硫化物材料的低熱導(dǎo)率可以延緩熱量散失，起到保溫作用；而在炎熱的環(huán)境下，六角硫化物材料的高熱導(dǎo)率有助于熱量快速散發(fā)，防止器件過熱，可用于維持電池、芯片的最佳工作溫度。該材料也可以與具有相反熱導(dǎo)率溫度依賴關(guān)系的材料聯(lián)合使用，構(gòu)筑熱二極管。
