Ultralow thermal conductivity in a two-dimensional material due to surface-enhanced resonant bonding

材料科学 非谐性 热导率 声子 凝聚态物理 热电材料 化学键 格子(音乐) 分子物理学 复合材料 化学 物理 声学 有机化学
作者
Shidong Yue,T. Xu,Bolin Liao
出处
期刊:Materials Today Physics [Elsevier]
卷期号:7: 89-95 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.mtphys.2018.11.005
摘要

Crystalline materials with ultralow thermal conductivity are highly desirable for thermoelectric applications. Many known crystalline materials with low thermal conductivity, including PbTe and Bi2Te3, possess a special kind of chemical bond called ‘resonant bond’. Resonant bonds consist of superposition of degenerate bonding configurations that leads to structural instability, anomalous long-range interatomic interaction, and soft optical phonons. These factors contribute to large lattice anharmonicity and strong phonon-phonon scattering, which result in low thermal conductivity. In this work, we use first principles simulation to investigate the effect of resonant bonding in two dimensions (2D), where resonant bonds are in proximity to the surface. We find that the long-range interatomic interaction due to resonant bonding becomes more prominent in 2D because of reduced screening of the atomic displacement–induced charge density distortion. To demonstrate this effect, we analyze the phonon properties of quasi-2D Bi2PbTe4 with an ultralow thermal conductivity of 0.74 W/mK at 300 K. By comparing the interatomic force constants of quasi-2D Bi2PbTe4 and its bulk counterpart and the properties of resonant bonds near the surface and in the bulk, we conclude that resonant bonds are significantly enhanced in reduced dimensions and are more effective in reducing the lattice thermal conductivity. Our results will provide new clues to search for thermal insulators in low-dimensional materials.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
不喜欢玩球完成签到,获得积分10
刚刚
1秒前
Lucas应助沐夏采纳,获得10
2秒前
3秒前
酷波er应助树池采纳,获得10
3秒前
小蘑菇应助大方觅珍采纳,获得10
4秒前
哎呀发布了新的文献求助10
4秒前
5秒前
霸气梦菲完成签到,获得积分10
5秒前
赘婿应助Wtt采纳,获得10
5秒前
丘比特应助葡萄成熟采纳,获得10
6秒前
聪明大王完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
6秒前
一一yi完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
充电宝应助勤恳硬币采纳,获得10
9秒前
9秒前
10秒前
11秒前
干夏寒完成签到,获得积分10
12秒前
思源应助BruceYuan采纳,获得10
13秒前
盒子发布了新的文献求助10
13秒前
善学以致用应助重要伟帮采纳,获得10
13秒前
XYC发布了新的文献求助10
14秒前
旧港听风完成签到,获得积分10
14秒前
xihuanni发布了新的文献求助10
14秒前
ddd应助我和狂三贴贴采纳,获得10
16秒前
龙王使完成签到,获得积分10
16秒前
毛豆应助科研通管家采纳,获得30
17秒前
幕帆应助科研通管家采纳,获得10
17秒前
毛豆应助科研通管家采纳,获得20
17秒前
星辰大海应助科研通管家采纳,获得10
17秒前
lalala应助科研通管家采纳,获得10
17秒前
嗬荷荷发布了新的文献求助10
17秒前
幕帆应助科研通管家采纳,获得10
17秒前
FashionBoy应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
18秒前
毛豆应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
共享精神应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
高分求助中
The ACS Guide to Scholarly Communication 2500
Sustainability in Tides Chemistry 2000
Microlepidoptera Palaearctica, Volumes 1 and 3 - 13 (12-Volume Set) [German] 1122
The Data Economy: Tools and Applications 1000
Diamonds: Properties, Synthesis and Applications 800
PraxisRatgeber Mantiden., faszinierende Lauerjäger. – Buch gebraucht kaufen 700
Mantiden - Faszinierende Lauerjäger – Buch gebraucht kaufen 700
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3097857
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2749735
关于积分的说明 7605774
捐赠科研通 2401602
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1274210
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 616028
版权声明 599016