新型晶体材料展现极低热导率特性
2025-09-04 15:20
来源:奥胡斯大学
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丹麦奥胡斯大学综合材料研究中心iMAT的研究团队发现晶体材料AgGaGe₃Se₈具有异常低的热导率特性。该材料在热传输方面表现出类似玻璃的特性,成为目前已知热导率最低的晶体固体之一。奥胡斯大学博士后 Peter Skjøtt Thorup 手持一小块晶体材料 AgGaGe 3 Se 8的样本,这是他和同事们研究的。尽管该材料拥有规则的晶体结构,但在热传输方面却表现得像玻璃。

研究数据显示,AgGaGe₃Se₈在室温下的热导率仅为0.2瓦/米-开尔文,约为水的三分之一,相当于典型石英玻璃的五分之一。这种由银、镓、锗和硒组成的晶体材料此前主要因其光学特性而被研究,此次是首次系统测量其热传输性能。

研究人员通过日本Spring-8设施的同步加速器X射线散射数据分析发现,材料中银原子的特殊行为是导致低热导率的关键因素。奥胡斯大学研究人员表示:"银原子并非固定在晶格内,而是呈现松散结合状态并无规律移动。"这种原子级无序结构扰乱了声子的正常传播,从而显著降低了热传导效率。

这种类似玻璃的热传输特性在2至700开尔文(-271°C至400°C)的宽温度范围内保持稳定,这在晶体材料中十分罕见。虽然该材料目前因导电性不佳且含昂贵锗元素而难以直接应用,但此项研究为材料设计提供了重要参考。

研究结果已发表于《科学进展》期刊。该发现对热电转换、热障涂层等能源技术领域具有指导意义,为开发新型热管理材料提供了理论基础。研究人员表示,通过理解特定结构特征对热传输的影响,将有助于设计具有定制化导热性能的新型功能材料。

更多信息: Peter Skjøtt Thorup 等人,AgGaGe3Se8 超低玻璃状热导率的结构起源,《科学进展》(2025 年)。期刊信息: Science Advances

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