层状二维范德华材料的原子位置高度可控，这可以在亚纳米尺度上调控振动光谱和热流。近日，斯坦福大学Eric Pop，加州大学戴维斯分校Davide Donadio等通过空间分辨超快热反射比和光谱学，揭示了控制由单层石墨烯(G)和二硫化钼(M)组装的超晶格中跨平面热传输的设计规则。
本文要点：
1）作者使用组合实验方法，研究了九种不同的堆叠序列G、GG、MG、GGG、GMG、GGMG、GMGG、GMMG和GMGMG，并确定振动失配、层间粘附和结不对称对热传输的影响。
2）纯G序列显示出准弹道传输，即使添加单个M层也会强烈破坏热传导。作者分子动力学模拟很好地描述了实验数据，其中包括热膨胀，限定的温度对层间距的影响。模拟表明，相对于300K时的值，GMMGG的层间距增加约2.4%，可导致热阻加倍。
3）使用这些设计规则，作者通过实验证明了一种五层GMGMG超晶格“热超材料”，其具有与空气相当的超低有效交叉平面热导率。
Aditya Sood, et al. Engineering Thermal Transport across Layered Graphene–MoS2 Superlattices. ACS Nano, 2021
DOI: 10.1021/acsnano.1c06299
