超薄隔热材料问世：只有十个原子厚，或将颠覆便携电子设备的设计
工程师们为了避免电子设备发生过热的情况，可谓是用尽浑身解数。他们通常用玻璃、塑料，或者多层空气作为隔热材料，来防止微处理器等发热元件产生的热量对其他元件造成损害，或者让用户感到不满。而电子设备不断小型化的发展趋势，对于隔热材料乃至整个隔热系统的设计，着实给工程师带来不小的挑战。

然而近日，斯坦福大学研究人员的新发现，可以在未来帮助工程师解决小型化电子设备的隔热设计问题。他们的实验已经证明了，仅用几个原子厚的材料，就可以达到比其厚 100 倍的玻璃可提供的相同隔热效果。

斯坦福大学材料科学与工程学院、电气工程学院的教授 Eric Pop，同样也是这项研究的负责人说：“该发现可以较快地投入到应用领域，更薄的隔热层将帮助工程师设计出比现有结构更紧凑的电子设备。”这项研究发表在 Science Advances 杂志上。

对于这项研究的独特之处，Pop 说：“我们的研究团队正以一种全新的方式看待电子设备中的热量——将其看作声音。”
如果参考录音室增加或增厚隔音玻璃，去增添隔热材料，那就会阻碍电子产品向着更轻薄的方向发展。所以斯坦福大学的研究人员借鉴了多层玻璃让室内更保暖的技巧（在不同厚度的玻璃之间填充一层空气），设计出一种多层结构的材料薄膜。
纳米材料的异质结构能够集成各个结构基元的性质，可实现对原子和电子结构的调制，从而获得新的功能。这使纳米异质结构的合成设计成为一个充满机遇和挑战的新兴领域，它能让更先进的电子和光子学应用成为可能。但在热应用领域，其相应的进展一直都比较缓慢。

斯坦福大学这次取得了突破，其研究团队通过将原子薄厚的二维材料分层堆叠的方式，开发出一种拥有超高隔热性能的超薄异质结构。他们成功地将单层石墨烯、MoS2 和 WSe2 堆叠在一起，这样形成的薄膜材料的热阻是 SiO2 的 100 倍，并且在室温条件下导热效率优于空气。

在这个“三明治”结构中，石墨烯是单层的，而另外 3 种片状材料均为 3 个原子厚。这样就制成了只有 10 个原子厚的 4 层绝热体。不要以为这种绝热体很薄就没有效果，该结构可以很好地抑制原子的热振动，当原子通过每一层时，都会损失大部分能量。
与此同时，研究人员还对该“三明治”每层材料的热阻进行了分析。他们通过一个稳定的热源对其进行加热，并分别对每层进行监控。结果表明，“三明治”的每一层在传热过程中都起到了很好的隔热效果，并且表现是线性稳定的。
斯坦福大学的研究人员表示，他们已经着手去寻找一些大规模生产的技术，可能会是在制造过程中向电子元件喷射，也可能是以薄膜材料沉积的方式来实现该“三明治”薄层的设计。

研究团队对于将发现落实到应用十分有信心，他们认为不用很长时间就可以将该发现投入到生产使用中。这或许会给未来电子产品的设计带来极大颠覆。
其实在开发更薄绝热体这一近期目标的背后，可以看出科学家们潜藏的野心——他们希望有一天能像现在控制电和光那样，去控制材料内部的振动能量。而这可能会给未来人们所使用的电子产品，带来天翻地覆的变化。