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) -V
in/V
out 和 Al/Ni/Gr/Ni/Si 和 Al/Ni/H-Gr/Ni/Si 的最佳擬合曲線。 (b) G
Al/Ni(黑色實線)、G
Ni/Gr/Ni(紅色實線)、K
upper-Ni(棕色虛線)、t
lower-Ni(藍色虛線)、t
upper-Ni(紫色虛線-虛線)和Al / Ni / Gr / Ni / Si樣品中的t
lower-Ni（綠色虛線）。 (c) G
Al/Ni(黑色實線)、G
Ni/H-Gr/Ni(紅色實線)、K
upper-Ni(棕色虛線)、K
lower-Ni(藍色虛線)、t
upper-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 G
Ni/Gr/Ni（黑色空心圓）和 G
Ni/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
