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大連理工大學Jie Zhu和上海交通大學Yue Liu等--鎳/石墨烯/鎳界面上石墨烯層數相關的熱傳輸
      作為典型的二維材料,石墨烯(Gr)由于其超高的面內熱導率(k)顯示出在熱管理應用中的巨大潛力。然而,Gr 和金屬之間的低界面熱導 (ITC) 在很大程度上限制了 Gr 基器件的有效散熱。 因此,深入了解 Gr-金屬界面的熱傳輸至關重要。 由于 Gr 的半金屬性質,電子可能會作為熱載體在跨 Gr-金屬界面的熱傳輸中發揮作用,然而,電子可以參與這個過程的程度以及如何優化總 ITC,同時考慮到電子 和聲子傳輸尚未被發現。 因此,在這項工作中,將氫化處理的 Gr (H-Gr) 夾在鎳 (Ni) 納米膜中,與含有純 Gr 的樣品進行比較,以研究界面電子行為。 此外,樣品的 Gr 和 H-Gr 組均制備了從 1 到 7 的不同層數 (N) 的樣品,并基于時域熱反射率測量和理論計算系統地研究了相應的 ITC。 我們發現,當 N 較低時可以獲得較大的 ITC,并且在某些情況下,當 N 為 2 時,ITC 可能會達到峰值。 本研究結果不僅通過考慮界面相互作用強度、聲子模式失配和電子貢獻的綜合影響,對跨 Gr-金屬界面的熱傳輸提供了全面的理解,而且還為基于 Gr 的器件的界面結構優化提供了新的思路。  
圖 1. (a) PECVD 生長的 Gr 在 Ni 上的拉曼光譜。  (b,c) Al/Ni/6−8L Gr/Ni/Si 的明場高分辨率 TEM 圖像。 
 
圖 2. (a) -Vin/Vout 和 Al/Ni/Gr/Ni/Si 和 Al/Ni/H-Gr/Ni/Si 的最佳擬合曲線。  (b) GAl/Ni(黑色實線)、GNi/Gr/Ni(紅色實線)、Kupper-Ni(棕色虛線)、tlower-Ni(藍色虛線)、tupper-Ni(紫色虛線-虛線)和Al / Ni / Gr / Ni / Si樣品中的tlower-Ni(綠色虛線)。  (c) GAl/Ni(黑色實線)、GNi/H-Gr/Ni(紅色實線)、Kupper-Ni(棕色虛線)、Klower-Ni(藍色虛線)、tupper-Ni(紫色虛線-點線)的靈敏度; , 和 Al/Ni/H-Gr/Ni/Si 樣品中的低鎳(綠色點劃線)。  
圖 3. Ni/Gr/Ni、GNi/Gr/Ni(黑球)和 Ni/H-Gr/Ni、GNi/H-Gr/Ni(紅球)的 ITC 作為 N 的函數。金屬的典型電子主導的金屬-金屬結構 (Al-Cu,Cu-Nb) 和典型的聲子主導的金屬-電介質的 ITC。  
圖 4. (a) Ni/Gr 在 Ni/Gr/Ni 中通過 DFT 的 BE。  (b)通過 NEMD 的 GNi/Gr/Ni(黑色空心圓)和 GNi/H-Gr/Ni(紅色空心圓)。  (c) 載體運輸的 N 依賴性。 綠色波浪線和紫色線分別代表聲子傳輸和電子傳輸,透明的綠色波浪線表示缺陷對聲子傳輸的影響。
  
      相關研究成果由大連理工大學Jie Zhu和上海交通大學Yue Liu等人2022年發表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c07796)上。原文:Graphene Layer Number-Dependent Heat Transport across Nickel/Graphene/Nickel Interfaces。

轉自《石墨烯研究》公眾號
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