深圳先進院等：在納米尺度熱導測量領域取得進展

【成果簡介】

日前，中國科學院深圳先進技術研究院與華盛頓大學的研究人員在納米尺度輸運性質的定量測量領域取得進展。研究成果以Quantitative nanoscale mapping of three-phase thermal conductivities in filled skutterudites via scanning thermal microscopy為題發表在National Science Review上。

【圖文導讀】

圖1?SThM設置原理圖

（a）平衡惠斯登電橋電路中的電阻加熱熱探頭

（b,c）熱探針用（b）較低和（c）較高的熱導率掃描相

圖2?Yb_0.7Co₄Sb₁₂的SThM映射

（a,b）惠斯通電橋的（a）形貌（b）電壓分布

（c）BSE圖像

【研究內容】

納米尺度輸運性質的定量測量是國家重點研發計劃納米科技重點專項的一個重要目標。在過去20余年，納米材料與結構迅猛發展，極大提升了材料的宏觀性能，這在熱電領域尤為顯著，然而納米結構熱電材料的性能提升卻是在無法對其非均勻分布的熱電性能進行準確測量的背景下實現的。當前尚無法在納米尺度定量測量材料的局域性能，因此也無法將納米結構與其宏觀性能直接關聯，只能依靠計算材料學的理論和模擬指引。

研究中，科研人員運用掃描熱成像原子力顯微鏡（SThM）定量測量三相結構的方鈷礦熱電材料的局域熱導率，通過背散射電子顯微鏡（BSE）確定材料的微區成分，再通過熱探針實現同一局域的熱成像（SThM）。以往SThM成像倍受形貌起伏的干擾，但在這一工作中，熱成像（SThM）與形貌像（Topography）沒有關聯，而與成分相（BSE）一一對應，這一發現前所未有。借助于一系列標準樣品的標定，結合有限元局域熱傳導過程模擬，研究人員確定出材料局域的熱導率分布，并準確捕捉其在兩相界面處的變化。

該研究得到國家重點研發計劃納米科技重點專項的支持。

原文鏈接：http://www.cas.cn/syky/201708/t20170825_4612263.shtml

文獻鏈接：Quantitative nanoscale mapping of three-phase thermal conductivities in filled skutterudites via scanning thermal microscopy （Natl.Sci.Rev. ,2017, DOI:10.1093/nsr/nwx074）

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