又是三篇Science齐发，现在发Science都要组团了吗？

Cirlce

2018-07-07

电子器件和光电器件产生的高密度热量是其应用中的关键瓶颈。需要新的高导热材料来有效地散热，从而实现增强功率控制、固态照明、通信和安全系统的性能。

包括MIT和UCLA在内的美国十所顶尖高校就硼化砷超高热导性同一主题在Science同期发表3篇文章，其中2篇文章的通讯作者陈刚和胡永杰还是师徒关系。硼化砷颠覆了超高晶格热导率的传统理论，即将在导热材料中掀起血雨腥风，你们准备好了吗？

1 发现砷化硼体相晶体中的超高导热率

第一作者：Fei Tian、Bai Song、Xi Chen

通讯作者：David Broido、Li Shi、陈刚、任志锋

通讯单位： 波士顿学院、德克萨斯大学奥斯汀分校、麻省理工学院、休斯顿大学

研究亮点：

1.块状硼化砷（BA）晶体的平均热导率达到900 W m^-1 K^-1，室温下热导率超过1000 W m^-1 K^-1。高数值表明需要用更高阶的声子过程来解释，其中硼和砷是轻质和重质元素，这些与传统理论（超晶格热导率只能出现在由强键合轻元素组成的晶体中，并且受到非谐振三阶声子过程的限制）相反。

2. 这些发现为固体中的热传导物理学提供新的见解，并且表明BA是第一个具有超高晶格导热性的已知半导体。

图1. BA的STEM图

图2. TDTR和FDTR测试

图3. 理论计算比较BA和其他晶体的热导率

图4. 稳态比较和锁定拉曼测温测量

参考文献：

Unusual high thermal conductivity in boron arsenide bulk crystals

DOI: 10.1126/science.aat7932

http://science.sciencemag.org/content/early/2018/07/03/science.aat7932?rss=1

2 实验观测砷化硼超高导热率

第一作者：Joon Sang Kang

通讯作者：胡永杰

通讯单位： 加州大学洛杉矶分校

研究亮点：

1. 首次实验合成无缺陷的单晶复合物砷化硼。

2.观测到砷化硼室温下热导率为1300W/mK，比已知任何金属和半导体材料都具有更高的热导值。

结合光谱学和原子理论进行研究，揭示了单晶BA具有比其他金属和半导体更好的导热性能的原因，即其独特的能带结构允许非常长的声子平均自由路径和强大的高阶非谐性来通过四声子过程。

将BA作为热管理应用的基准材料，并展示了在探索新材料中梳理实验和从头算理论的强大力量。

图1. 单晶砷化硼（BAs）的结构表征

图2. 与温度相关的热传输测量

图3. 探测声子的平均自由径光谱

参考文献：

Experimental observation of high thermal conductivity in boron arsenide

DOI: 10.1126/science.aat5522

http://science.sciencemag.org/content/early/2018/07/03/science.aat5522?rss=1

3 立方砷化硼晶体的超高导热率

第一作者：Sheng Li、Qiye Zheng

通讯作者：David G.Cahill、Bing Lv

通讯单位：伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、德克萨斯大学达拉斯分校

研究亮点：

1.通过改进的化学气相传输技术生长立方砷化硼（BA）的实验中发现该材料室温下具有超高的导热率1000±90 W / m / K，其值比碳化硅高3倍，并且超过金刚石和石墨的基面值。

2. 首次实现BA作为最新理论预测的一类新型超高导热率材料，该材料是潜在的革命性导热材料。

图1. BAs晶体的结构表征

图2. BAs晶体的热导率测量

图3. BAs晶体的拉曼光谱和热导率

参考文献：

High thermal conductivity in cubic boron arsenide crystals

DOI: 10.1126/science.aat8982

http://science.sciencemag.org/content/early/2018/07/03/science.aat8982?rss=1

几个华人大牛认识一下：

陈刚 （美国国家工程院院士）

陈刚，1964年出生于湖北南漳，国际传热学的领军人物，美国国家工程院院士，台湾“中央研究院”院士，美国人文与科学院院士，麻省理工学院机械工程系讲席教授。1980年陈刚考入华中工学院动力系。1987年在华中工学院动力系获得硕士学位，毕业后留校担任讲师。1993年获得加州大学伯克利分校机械系博士学位后进入杜克大学机械工程与材料科学系担任助理教授。2001年进入麻省理工学院机械工程系，担任副教授；2004年担任教授。2009年首次打破“黑体辐射定律”公式。2010年因为当选美国国家工程院院士。2012年当选美国物理学会会士。2013年担任麻省理工学院机械工程系主任。2014年当选中央研究院院士。陈刚的研究涉及热传递、纳米技术和能量转换，主要包括微米和纳米尺度能量转换与传输机理的实验、理论和数值计算。

任志锋，超导和纳米领域国际知名的科学家

1963年8月生于四川南部县一个农民家庭，1980年考入四川工业学院机械系，1984年考入华中工学院攻读硕士，1987年，考入中科院物理研究所，从事超导物理研究。随后赴美国纽约大学深造，其研究的碳纳米管技术、纳米净水技术在美国引起轰动。

任志锋教授担任《Nanoletters》、《JACS》、《Advance materialS》、《Apl》、《Jap》评论员，美国能源部基金会首席研究员，美国国家基金会、宇航局等项目顾问，中国杰出青年基金获得者（海外），广东省首批领军人才，浙江大学客座教授，南京大学长江讲座教授，电子科技大学兼职教授等。担任Progress in Physics编辑，Science, Nature Mater. Nature Nanotechnology, Adv. Mater., Nano Lett.等国际著名杂志的审稿人，在低维纳米材料、纳米复合物以及能源材料（尤其是热电材料）研究领域享有盛誉，成为中生代华人科学家的杰出代表之一。

Li Shi是德克萨斯州大学奥斯汀分校的材料工程系教授。1991年获得清华大学的学士学位，1997年获得亚利桑那州立大学的硕士学位，2001年获得加州大学伯克利分校的博士学位。他目前担任纳米级和微米级热物理工程的主编。获得了国家科学基金会职业奖，海军研究办颁发的青年研究者奖，传热杂志的杰出评论家奖，德克萨斯医学、工程和科学研究院颁发的奥唐奈工程奖，当选并加入了美国物理学会（APS）和美国机械工程师协会（ASME）。