研究成果

随着电子器件的小型化、高集成化和高功率化，热管理问题已成为影响器件运行效率、可靠性及寿命的关键因素之一。对于微纳电子器件，由于尺寸效应和量子效应，其热输运特性与宏观尺度显著不同，深入研究纳米尺度热输运特性和机理对于微纳电子器件热管理至关重要。


飞秒激光时域热反射测量系统（TDTR）作为一种超高时间（皮秒）和空间（纳米）分辨率的测量方法，是当今国际上进行微纳传热测量的最先进技术之一。TDTR技术基于高频飞秒激光作用下材料表面反射率对温度的依赖关系，通过测量被反射探测光的周期性变化，得到样品表面温度变化，从而准确获取材料的热物性及热载流子散热特性。TDTR的高精度测量为微纳尺度传热和超快热输运实验研究提供了强有力的工具，对深化传热机理的理解，推动纳米材料应用与开发，优化器件热管，探索新型热学特性，以及拓展能源转换技术具有重要的学术和应用价值。


高研院郑卫东团队全自主搭建完成了山东省首台TDTR微纳传热测量系统。该系统可实现对块体材料、微纳材料及其结构的热导率、界面传热系数、比热容等相关热物性的准确测量。该系统可在 80 - 700 K（特殊条件下可达 4 - 700 K）温度范围内进行热物性单点测量及区域自动扫描，同时可实现电场、压力场的施加和控制，实现了世界领先的测量精度，是具有国际一流水平的测量平台。

以该系统为基础，团队以二维材料、热电材料等为研究对象，就声子热输运特性、电子-声子耦合机理等进行了一系列深入研究，包括具有纳米空位缺陷的石墨烯界面传热机理，六方氮化硼界面热输运机理以及基底对金属/石墨烯/非金属界面传热的影响特性等研究。这些研究对明晰二维材料界面热输运机理，实现电子器件的高效热管理具有重要意义。