Neue Forschungsergebnisse der Lancaster University präsentieren einen „innovativen Ansatz“ zur Untersuchung der Wärmeleitfähigkeit neuartiger zweidimensionaler Materialien. Die Arbeit ebnet den Weg für die Entwicklung effizienter Abwärmefänger, die billigen Strom erzeugen, für neue kompakte Kühlschränke sowie für fortschrittliche optische und Mikrowellensensoren und -kameras.
Die Forschung unter der Leitung von Professor für Nanowissenschaften Oleg Kolosov und Ph.D. Student Sergio Gonzalez-Munoz misst direkt die Wärmeleitfähigkeit zweidimensionaler Materialien (2DMs). Es ist veröffentlicht in Fortschrittliche Materialschnittstellen.
Zweidimensionale Materialien bestehen aus Stapeln nahezu perfekter, fest verbundener Atomschichten, die durch die schwächeren Van-der-Waals-Kräfte verbunden sind. Typische Beispiele sind kürzlich entdecktes Graphen, Molybdändisulfid und die große Bandbreite an Übergangsmetalldichalkogeniden. Diese sind bekannt für ihre rekordverdächtigen elektronischen und mechanischen Eigenschaften sowie ihre einzigartige Fähigkeit, die Wärmeleitung zu manipulieren.
Insbesondere die Wärmeleitfähigkeit von 2DMs ist der Schlüssel zur Entwicklung neuartiger hocheffizienter Thermoelektrika, es ist jedoch praktisch unmöglich, die Wärmeleitfähigkeit in den nanoskaligen dünnen Schichten von 2DMs zu messen.
Die Forscher lösten diese Herausforderung, indem sie einen neuartigen Ansatz der Rasterthermomikroskopie entwickelten, der es ihnen ermöglichte, die Wärmeleitfähigkeit sowohl für die Richtungen in der Ebene als auch quer zur Ebene zweidimensionaler Materialien direkt zu messen. Aufgrund der atomaren Struktur des Materials sind beide Ebenen sehr unterschiedlich.
Professor Kolosov sagte: „Diese Arbeit erklärt den Ursprung der rekordverdächtigen thermoelektrischen Leistung mehrschichtiger Strukturen aus zweidimensionalen Materialien, die wir Forscher beschrieben haben.“ eine frühere Arbeit. Wir ermöglichen solche Messungen und haben dies am Beispiel des potenziell leistungsstarken 2DM-Thermoelektrikums Indiumselenid (InSe) demonstriert.“
Er sagte, die Forschung habe Auswirkungen auf die zukünftige technologische Entwicklung.
Mehr Informationen:
Sergio Gonzalez-Munoz et al., Direct Measurements of Anisotrop Thermal Transport in γ-InSe Nanolayers via Cross-Sectional Scanning Thermal Microscopy (Adv. Mater. Interfaces 17/2023), Fortschrittliche Materialschnittstellen (2023). DOI: 10.1002/admi.202370056