An electrochemical thermal transistor.
An electrochemical thermal transistor.
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DOI：
10.1038/s41467-018-06760-7
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发表时间：
2018-10-30
影响因子：
16.6
通讯作者：
Goodson KE
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Sood A;Xiong F;Chen S;Wang H;Selli D;Zhang J;McClellan CJ;Sun J;Donadio D;Cui Y;Pop E;Goodson KE
在纳米级主动调节热流的能力可能会改变热管理和能量收集应用的游戏规则。这样的突破还可以使得能够以类似于电子电路的方式使用热电路来控制热流。在这里，我们展示了一个数量级的热开/关比，可逆的电化学锂嵌入在二硫化钼薄膜的基础上，可切换的热晶体管。我们使用空间分辨的时域热反射映射的锂离子分布在设备操作过程中，和原子力显微镜显示，锂化状态与增加的厚度和表面粗糙度。第一性原理计算表明，热导调制是由于声子散射的锂拉特勒模式，c轴应变，和堆叠无序。本研究为电化学驱动的纳米级热调节器奠定了基础，并建立了热计量学作为一个有用的探针的时空嵌入动力学的纳米材料。热晶体管可以在能量收集和热量路由方面实现改变游戏规则的应用。在这里，作者证明了近10倍的可逆热调制的离子嵌入在二硫化钼纳米膜。一种新的热显微镜技术允许操作成像的锂离子偏析。
The ability to actively regulate heat flow at the nanoscale could be a game changer for applications in thermal management and energy harvesting. Such a breakthrough could also enable the control of heat flow using thermal circuits, in a manner analogous to electronic circuits. Here we demonstrate switchable thermal transistors with an order of magnitude thermal on/off ratio, based on reversible electrochemical lithium intercalation in MoS2 thin films. We use spatially-resolved time-domain thermoreflectance to map the lithium ion distribution during device operation, and atomic force microscopy to show that the lithiated state correlates with increased thickness and surface roughness. First principles calculations reveal that the thermal conductance modulation is due to phonon scattering by lithium rattler modes, c-axis strain, and stacking disorder. This study lays the foundation for electrochemically-driven nanoscale thermal regulators, and establishes thermal metrology as a useful probe of spatio-temporal intercalant dynamics in nanomaterials. Thermal transistors can enable game changing applications in energy harvesting and heat routing. Here, the authors demonstrate reversible thermal modulation of nearly 10 times by ion intercalation in MoS2 nanofilms. A new thermal microscopy technique allows operando imaging of Li ion segregation.
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