近日，中科院合肥研究院科研人員在六角硫化物材料中發(fā)現(xiàn)了溫度驅(qū)動的巨大熱導(dǎo)率跳變效應(yīng)，并給出理論解釋。專家介紹，該材料體系具有高溫下熱導(dǎo)率高，低溫下熱導(dǎo)率低的特性，同時易于合成、原料環(huán)境友好，因此在熱流主動控制領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。

研究人員發(fā)現(xiàn)六角相硫化物在低溫反鐵磁至高溫順磁相變處，熱導(dǎo)率出現(xiàn)巨大的可逆跳變，變化率最大能超過200%，遠(yuǎn)高于鎳鈦合金等已知的典型固態(tài)熱導(dǎo)率突變材料。以鎳鈦合金為例，其熱導(dǎo)率出現(xiàn)可逆跳變時，變化率最大只有112%。

目前，約90%能源的使用涉及熱量的產(chǎn)生與操控。無論是電廠利用化石燃料發(fā)電或?qū)ζ洚a(chǎn)生廢熱的回收利用，還是建筑物供暖，都離不開熱量產(chǎn)生與傳導(dǎo)，因此有效控制熱量傳導(dǎo)對于提高能源利用率、實現(xiàn)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展均具有重要意義。

材料的熱導(dǎo)率（k）大小是決定其熱傳導(dǎo)能力的關(guān)鍵因素之一。一般而言，k在一定的溫度范圍內(nèi)對溫度呈線性依賴關(guān)系，但變化幅度較小，僅依靠材料自身難以對熱流傳導(dǎo)進(jìn)行有效控制。因此，實踐中一般通過熱膨脹或外場（電場、磁場）驅(qū)動的機械接觸來實現(xiàn)導(dǎo)熱通路的開與關(guān)，從而對熱流進(jìn)行控制。然而，這些傳統(tǒng)方法難以滿足多元化應(yīng)用需求，尤其難以實現(xiàn)小型化和集成化。但如果材料熱導(dǎo)率隨溫度變化而發(fā)生突變，則可根據(jù)導(dǎo)熱能力的不同實現(xiàn)對熱流的自主控制，六角硫化物材料正符合這一要求。

科研人員發(fā)現(xiàn)，由于六角相硫化物相變前后晶格失配度大（晶格體積變化量約為2%），在經(jīng)歷熱循環(huán)時所產(chǎn)生的熱應(yīng)力會導(dǎo)致樣品自發(fā)破碎。為解決這一問題，研究人員用少量金屬銀粘接六角相硫化物。通過與基體之間形成的納米過渡層，金屬銀對熱應(yīng)力起到很好的緩沖和釋放作用，顯著改善了材料的脆性，同時也提高了材料的機械加工性能和熱循環(huán)穩(wěn)定性。

六角相硫化物體系的熱導(dǎo)率突變大、驅(qū)動溫差小，工作溫區(qū)在室溫附近且可通過改變材料鐵含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，該材料體系在熱流主動控制領(lǐng)域具有較高的潛在應(yīng)用價值。例如，可用于維持器件（如電池、芯片）的最佳工作溫度，當(dāng)環(huán)境寒冷時，低熱導(dǎo)率可以延緩熱量散失，起到保溫作用；而在炎熱環(huán)境下，高熱導(dǎo)率有助于熱量快速散發(fā)，防止器件過熱。（記者 汪永安）