大连理工大学Jie Zhu和上海交通大学Yue Liu等–镍石墨烯镍界面上石墨烯层数相关的热传输

作为典型的二维材料，石墨烯（Gr）由于其超高的面内热导率（k）显示出在热管理应用中的巨大潜力。然而，Gr 和金属之间的低界面热导 (ITC) 在很大程度上限制了 Gr 基器件的有效散热。因此，深入了解 Gr-金属界面的热传输至关重要。由于 Gr 的半金属性质，电子可能会作为热载体在跨 Gr-金属界面的热传输中发挥作用，然而，电子可以参与这个过程的程度以及如何优化总 ITC，同时考虑到电子 和声子传输尚未被发现。因此，在这项工作中，将氢化处理的 Gr (H-Gr) 夹在镍 (Ni) 纳米膜中，与含有纯 Gr 的样品进行比较，以研究界面电子行为。此外，样品的 Gr 和 H-Gr 组均制备了从 1 到 7 的不同层数 (N) 的样品，并基于时域热反射率测量和理论计算系统地研究了相应的 ITC。我们发现，当 N 较低时可以获得较大的 ITC，并且在某些情况下，当 N 为 2 时，ITC 可能会达到峰值。本研究结果不仅通过考虑界面相互作用强度、声子模式失配和电子贡献的综合影响，对跨 Gr-金属界面的热传输提供了全面的理解，而且还为基于 Gr 的器件的界面结构优化提供了新的思路。

图 1. (a) PECVD 生长的 Gr 在 Ni 上的拉曼光谱。  (b,c) Al/Ni/6−8L Gr/Ni/Si 的明场高分辨率 TEM 图像。

图 2. (a) -V_in/V_out 和 Al/Ni/Gr/Ni/Si 和 Al/Ni/H-Gr/Ni/Si 的最佳拟合曲线。  (b) G_Al/Ni(黑色实线)、G_Ni/Gr/Ni(红色实线)、K_upper-Ni(棕色虚线)、t_lower-Ni(蓝色虚线)、t_upper-Ni(紫色虚线-虚线)和Al / Ni / Gr / Ni / Si样品中的t_lower-Ni（绿色虚线）。  (c) G_Al/Ni(黑色实线)、G_Ni/H-Gr/Ni(红色实线)、K_upper-Ni(棕色虚线)、K_lower-Ni(蓝色虚线)、t_upper-Ni(紫色虚线-点线)的灵敏度; , 和 Al/Ni/H-Gr/Ni/Si 样品中的低镍（绿色点划线）。

图 3. Ni/Gr/Ni、GNi/Gr/Ni（黑球）和 Ni/H-Gr/Ni、GNi/H-Gr/Ni（红球）的 ITC 作为 N 的函数。金属的典型电子主导的金属-金属结构 (Al-Cu,Cu-Nb) 和典型的声子主导的金属-电介质的 ITC。

图 4. (a) Ni/Gr 在 Ni/Gr/Ni 中通过 DFT 的 BE。  （b）通过 NEMD 的 G_Ni/Gr/Ni（黑色空心圆）和 G_Ni/H-Gr/Ni（红色空心圆）。  (c) 载体运输的 N 依赖性。绿色波浪线和紫色线分别代表声子传输和电子传输，透明的绿色波浪线表示缺陷对声子传输的影响。

相关研究成果由大连理工大学Jie Zhu和上海交通大学Yue Liu等人2022年发表在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。