異質(zhì)結(jié)構(gòu)
關(guān)注創(chuàng)建者：320科技工作室 創(chuàng)建時(shí)間：2020-06-14
異質(zhì)結(jié)構(gòu)的實(shí)例教程
二維材料的熱性能及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)是納米器件高效散熱的關(guān)鍵。尤其是二維石墨烯，由于其原子間的強(qiáng)鍵合，具有超高的導(dǎo)熱性。然而，石墨烯的內(nèi)部聲子傳輸容易受到表面或邊緣擾動(dòng)的影響。即與襯底接觸后，面內(nèi)熱導(dǎo)率明顯降低。因此，對(duì)于石墨烯來(lái)說(shuō)，選擇理想的襯底至關(guān)重要。盡管之前有很多研究試圖找到解決這個(gè)問(wèn)題的方法，但并沒(méi)有取得突破性的進(jìn)展。
石墨烯與襯底之間的界面熱阻極大地阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。傳統(tǒng)的剝離和轉(zhuǎn)移到襯底的操作總是會(huì)對(duì)石墨烯造成折疊和起皺。在基材表面進(jìn)行原位生長(zhǎng)是解決這一問(wèn)題的更好選擇。金剛石作為碳的另一種同素異形體，在1500 ~ 1900℃的高溫真空退火下容易轉(zhuǎn)變?yōu)槭?。金剛石的C-C鍵長(zhǎng)為14.5nm，石墨烯的C-C鍵長(zhǎng)為14.2nm，兩者相差不超過(guò)2%。金剛石是作為基板的不錯(cuò)選擇，可以減少石墨烯與基板接觸時(shí)的面外聲子散射，因?yàn)樗鼈兙哂懈叨鹊?em>結(jié)構(gòu)相似性。然而，目前的研究還沒(méi)有揭示影響金剛石/石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面熱傳遞的因素，通過(guò)揭示熱傳遞的因素對(duì)于未來(lái)設(shè)計(jì)具有優(yōu)異導(dǎo)熱系數(shù)的材料具有重大的指導(dǎo)意義。
02
成果掠影
近期，北京科技大學(xué)馮妍卉教授關(guān)于石墨烯與襯底之間界面熱阻問(wèn)題的研究取得一定進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)基于非平衡分子動(dòng)力學(xué)(NEMD)模擬，研究了金剛石/石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面熱輸運(yùn)的影響因素，以及石墨烯層數(shù)和溫度對(duì)金剛石/石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)的影響。結(jié)果表明，金剛石/單層石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的界面導(dǎo)熱系數(shù)至少是金剛石/多層石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的兩倍。此外，高溫也有利于金剛石/石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的熱輸運(yùn)。由于石墨烯的各向異性，團(tuán)隊(duì)分析了面內(nèi)和面外聲子態(tài)密度，面外聲子態(tài)密度重疊能量的趨勢(shì)與界面熱導(dǎo)率一致，這表明面外聲子對(duì)界面?zhèn)鳠岬挠绊戄^大。
展開(kāi) 二維材料的熱性能及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)是納米器件高效散熱的關(guān)鍵。尤其是二維石墨烯，由于其原子間的強(qiáng)鍵合，具有超高的導(dǎo)熱性。然而，石墨烯的內(nèi)部聲子傳輸容易受到表面或邊緣擾動(dòng)的影響。即與襯底接觸后，面內(nèi)熱導(dǎo)率明顯降低。因此，對(duì)于石墨烯來(lái)說(shuō)，選擇理想的襯底至關(guān)重要。盡管之前有很多研究試圖找到解決這個(gè)問(wèn)題的方法，但并沒(méi)有取得突破性的進(jìn)展。
石墨烯與襯底之間的界面熱阻極大地阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。傳統(tǒng)的剝離和轉(zhuǎn)移到襯底的操作總是會(huì)對(duì)石墨烯造成折疊和起皺。在基材表面進(jìn)行原位生長(zhǎng)是解決這一問(wèn)題的更好選擇。金剛石作為碳的另一種同素異形體，在1500 ~ 1900℃的高溫真空退火下容易轉(zhuǎn)變?yōu)槭?。金剛石的C-C鍵長(zhǎng)為14.5nm，石墨烯的C-C鍵長(zhǎng)為14.2nm，兩者相差不超過(guò)2%。金剛石是作為基板的不錯(cuò)選擇，可以減少石墨烯與基板接觸時(shí)的面外聲子散射，因?yàn)樗鼈兙哂懈叨鹊?em>結(jié)構(gòu)相似性。然而，目前的研究還沒(méi)有揭示影響金剛石/石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面熱傳遞的因素，通過(guò)揭示熱傳遞的因素對(duì)于未來(lái)設(shè)計(jì)具有優(yōu)異導(dǎo)熱系數(shù)的材料具有重大的指導(dǎo)意義。
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成果掠影
近期，北京科技大學(xué)馮妍卉教授關(guān)于石墨烯與襯底之間界面熱阻問(wèn)題的研究取得一定進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)基于非平衡分子動(dòng)力學(xué)(NEMD)模擬，研究了金剛石/石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面熱輸運(yùn)的影響因素，以及石墨烯層數(shù)和溫度對(duì)金剛石/石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)的影響。結(jié)果表明，金剛石/單層石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的界面導(dǎo)熱系數(shù)至少是金剛石/多層石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的兩倍。此外，高溫也有利于金剛石/石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的熱輸運(yùn)。由于石墨烯的各向異性，團(tuán)隊(duì)分析了面內(nèi)和面外聲子態(tài)密度，面外聲子態(tài)密度重疊能量的趨勢(shì)與界面熱導(dǎo)率一致，這表明面外聲子對(duì)界面?zhèn)鳠岬挠绊戄^大。
展開(kāi) 此外，二維材料可堆疊或縫合在一起形成范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)，為下一代光電子技術(shù)構(gòu)建了創(chuàng)新設(shè)備。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，來(lái)自美國(guó)西北大學(xué)的Vinayak P. Dravid（通訊作者）的團(tuán)隊(duì)在 Nano Lett.發(fā)表了題為Intrinsic Transport in 2D Heterostructures Mediated through h-BN Tunneling Contacts的文章，應(yīng)用六方氮化硼（h-BN）隧道接觸方案來(lái)探測(cè)通過(guò)化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)的橫向TMD異質(zhì)結(jié)的特征。首先通過(guò)掃描光電流顯微鏡來(lái)測(cè)量穿過(guò)連接點(diǎn)的電子特性，然后闡明光電子產(chǎn)生機(jī)制。這項(xiàng)工作是第一次將這種封裝方案應(yīng)用于橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并作為未來(lái)電子材料測(cè)量的參考。同時(shí)它也是一個(gè)框架，可以更準(zhǔn)確地評(píng)估2D異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子傳輸特性，并更好地為未來(lái)的器件架構(gòu)提供信息。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1：MoS2 / WS2橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)
a: 固定費(fèi)米能級(jí)在界面處導(dǎo)致肖特基勢(shì)壘的示意圖；
b: 通過(guò)六方氮化硼隧道層啟用的歐姆接觸的示意圖；
c: MoS2/ WS2橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)的原子模型；
d: 化學(xué)氣相沉積裝置的示意圖；
e: 封裝異質(zhì)結(jié)器件的示意圖。
圖2 ：MoS2 / WS2橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)的表征
a: 橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)的拉曼圖；
b: 來(lái)自單個(gè)材料的拉曼光譜；
c: 光致發(fā)光圖；
d: 單個(gè)材料的光致發(fā)光光譜
e: 橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)的原子力顯微鏡圖；
f: 部分e中白色虛線上的原子力顯微鏡高度剖面圖；
g: 橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)的二次離子質(zhì)譜（SIMS）圖譜。
展開(kāi) 所展示的這些結(jié)構(gòu)的空氣穩(wěn)定性在將來(lái)的硅烯器件制造中將是有用的。對(duì)垂直異質(zhì)結(jié)構(gòu)的測(cè)量確實(shí)顯示出明確定義的肖特基整流行為，表明生長(zhǎng)的石墨烯/硅烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)代表了一類新興的穩(wěn)定和功能性二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)。研究人員也注意到制備的異質(zhì)結(jié)構(gòu)仍然與金屬釕襯底鍵合，這限制了其實(shí)際應(yīng)用，而在未來(lái)，進(jìn)一步將異質(zhì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到絕緣基板上的研究則是很有必要的。
文獻(xiàn)鏈接：Stable Silicene in Graphene/Silicene Van der Waals Heterostructures(Advanced Materials，2018, DOI: 10.1002/adma.201804650)
展開(kāi) 由于缺乏對(duì)異質(zhì)結(jié)構(gòu)硫主體上LiPoSs吸附行為的原子級(jí)理解，LiPoSs吸附增強(qiáng)的起源很難闡明，但是它們含有均勻暴露的晶格，二維（2D）硫主體材料可以作為密度泛函理論（DFT）計(jì)算的理想模型-處理LiPoSs吸附能和吸附位點(diǎn)的識(shí)別。迄今為止，缺乏合適的2D異質(zhì)結(jié)構(gòu)模型硫主體，導(dǎo)致DFT計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的弱聯(lián)系。因此，需要具有2D異質(zhì)結(jié)構(gòu)的合理計(jì)算模型，以深入了解LiPoS吸附來(lái)源，指導(dǎo)硫主體材料的設(shè)計(jì)以獲得更好的性能。在這項(xiàng)工作設(shè)計(jì)并制造了一種新的二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)MoN-VN作為模型硫主體，以調(diào)節(jié)LiPoS并獲得對(duì)雙組分材料上LiPoSs吸附行為的原子級(jí)理解。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，澳大利亞阿德萊德大學(xué)的喬世璋和華南理工大學(xué)的王海輝（共同通訊）作者等人，研究了二維（2D）異質(zhì)結(jié)構(gòu)的MoN-VN作為新型硫主體的結(jié)構(gòu)和性能特征。理論計(jì)算表明，可以通過(guò)摻入V來(lái)調(diào)整MoN的電子結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)的多硫化物吸附。另外，原位同步X射線衍射和電化學(xué)測(cè)試，揭示了MoN-VN中多硫化物的有效調(diào)節(jié)和利用。在2 C下，MoN-VN鋰硫電池的容量為708 mA h g-1，循環(huán)500圈時(shí)，每個(gè)循環(huán)的容量衰減低至0.068％，其硫載量為3.0 mg cm-2。相關(guān)成果以“2D MoN-VN Heterostructure to Regulate Polysulfides for Highly Efficient Lithium-Sulfur Batteries”為題發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上。
展開(kāi) 
異質(zhì)結(jié)構(gòu)的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
異質(zhì)結(jié)構(gòu)的最新內(nèi)容
對(duì)于結(jié)構(gòu)高度均一的茂金屬聚乙烯而言，這類單一維度的測(cè)試根本無(wú)法揭示其分子內(nèi)與分子間的結(jié)構(gòu)異質(zhì)性。實(shí)際上，聚合物的宏觀力學(xué)和流變性能直接受控于其共聚物中短鏈分支的分布、片晶的發(fā)育厚度，以及能夠跨越非晶區(qū)連接相鄰片晶的"系帶分子"（Tie Molecules）網(wǎng)絡(luò)密度。
預(yù)判“異質(zhì)結(jié)構(gòu)”的失效起點(diǎn)：
靜態(tài)蠕變裂紋擴(kuò)展與多軸測(cè)試
針對(duì)綜述中重點(diǎn)提及的異質(zhì)模量組分與機(jī)械互鎖等結(jié)構(gòu)工程策略，靜態(tài)蠕變測(cè)試能揭示在持續(xù)應(yīng)力下，裂紋是否傾向于在模量過(guò)渡區(qū)萌生和緩慢擴(kuò)展。而雙軸十字拉伸測(cè)試則能評(píng)估異質(zhì)結(jié)構(gòu)在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的各向異性行為，判斷其設(shè)計(jì)是否真正實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力均化。
ABAQUS CT2Model3D Multi-Material插件介紹11個(gè)月前
CT2Model3D Multi-Material插件有效解決了復(fù)雜異質(zhì)結(jié)構(gòu)的幾何重構(gòu)難題，顯著提升了三維數(shù)字孿生模型的構(gòu)建效率與材料表征精度。
插件生成的模型單元總數(shù)與掃描圖像的總像素?cái)?shù)量保持一致。
(a) FNO 框架預(yù)測(cè)應(yīng)力和應(yīng)變場(chǎng)的工作流程，其中使用 FEM 分析 2D 數(shù)字復(fù)合材料幾何形狀以進(jìn)行 I 型拉伸試驗(yàn)，沿 x 方向有預(yù)裂紋，沿 y 方向施加載荷，并使用張量分量導(dǎo)出標(biāo)量值等效測(cè)量；(b) 使用三種不同方法對(duì)異質(zhì)宏觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行多尺度力學(xué)建模：(i) 全尺度 FE 分析，(ii) FE2 分析，(iii) ML 驅(qū)動(dòng)的多尺度分析。
基于極端液氮條件下的表面鼓泡失效機(jī)制，提出了一種通用的無(wú)縫異質(zhì)界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，制備了高性能納米厚度銅層增強(qiáng)的石墨質(zhì)導(dǎo)熱膜。所得的納米銅層增強(qiáng)石墨質(zhì)膜具有高導(dǎo)熱和高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的特點(diǎn)，在150次77 K- 300 K冷熱沖擊下具有高達(dá)1088 W/mK的導(dǎo)熱率。
然而，真正適用于固體異質(zhì)結(jié)構(gòu)熱物性測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方法仍然缺乏。為此，提出了一種3ω-2ω的方法，該方法可以在不需要任何參考樣品的情況下同時(shí)測(cè)量單一固體異質(zhì)結(jié)構(gòu)中薄膜和襯底的導(dǎo)熱系數(shù)以及薄膜-襯底熱邊界電阻(TBR)，具有廣泛的適用性，適用于薄膜厚度為100 nm至10 μm的各種異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
為了揭示零磁場(chǎng)下的 AFE 特性，本研究進(jìn)一步分析了面向 (111) 的 PZO 異質(zhì)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。通過(guò)利用圍繞 STO（312）反射的 X 射線衍射倒易空間圖（RSM）（圖2C），沿平面方向觀察到 1/4 個(gè)satellite peaks，表明存在有序排列的 AFE 偶極子。
據(jù)介紹，通過(guò)這種方案，研究人員合成出首個(gè)以0D/2D構(gòu)型為特征的全無(wú)機(jī)納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光材料。此外，基于這種0D/2D納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)光材料的多功能設(shè)備能夠無(wú)縫融合光發(fā)射、調(diào)制和光檢測(cè)的功能。
熱界面材料標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)以及在電子電氣領(lǐng)域的性能表征研究
張瑩潔，工業(yè)和信息化部電子第五研究所元器件與材料研究院（部）電子材料項(xiàng)目負(fù)責(zé)人
19:00-21:00 歡迎晚宴
9月26日，星期二 上午
報(bào)告主持人：趙敬棋，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
09:00-09:25
報(bào)告題目：電子器件中異質(zhì)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱界面熱阻測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)
得益于多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)，尺蠖機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了人的手指觸發(fā)的定向運(yùn)動(dòng)(圖11c)。除了仿生運(yùn)動(dòng)，熱刺激敏感仿生機(jī)器人在可調(diào)光學(xué)致動(dòng)器中也顯示出潛在的應(yīng)用。例如，zhao小組設(shè)計(jì)了具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的光響應(yīng)半晶聚合物，并進(jìn)一步用金納米粒子對(duì)其進(jìn)行表面功能化。仿生機(jī)器人由骨骼(高T
m
)和內(nèi)部驅(qū)動(dòng)域(低T
m
)組成。
