一般來說，晶體是良好的熱導體。從理論上講，它們的原子結構極為有序，使原子振動（即熱量）以波的形式流經它們。相比之下，玻璃是不良的熱導體。它們具有隨機和無序的內部結構，這意味著振動在通過時會從一個原子跳到另一個原子。

不過最近這個理論似乎受到了挑戰。11月27日《自然通訊》雜志上報道了加州理工學院、南加州大學和能源部橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的科學家們的一項新發現，他們發現鋇鈦硫化物(BaTiS₃)雖是一種晶體，但卻是熱的不良導體，而且熱導率還會隨著溫度的降低而變差，與大多數材料形成了鮮明對比。在低溫下，它的導熱率是有史以來在任何完全致密（無孔）固體中觀察到的最差的。

這張高分辨率的SEM圖顯示了BaTi₃晶體中單個原子的排列方向。盡管晶體具有完美的原子結構，但在傳輸熱能方面卻出人意料地差

經過研究后發現，每個BaTiS₃晶體中的鈦原子被發現存在于所謂的雙阱勢中，換句話說，原子希望位于原子結構內的兩個空間位置。鈦原子同時存在于兩個地方，形成了所謂的“二能級系統”。在這種情況下，鈦原子會表現出兩種狀態：基態和激發態。鈦原子吸收通過的原子振動，從地面進入激發態，隨后迅速衰變回基態，吸收的能量以振動的形式隨機釋放。由于這種吸收和釋放振動的累積效應，能量被分散而不是干凈地傳遞。可以這么理解一下：當照射光通過結霜的玻璃時，鈦原子就是玻璃上的那層“霜”，會導致入射波偏離，最終只有一部分光穿過材料。

“我們曾預感到BaTiS₃的導熱系數會很低，但這個數值卻出乎意料的低。我們的研究顯示了一種實現低熱導率的新機制，所以接下來的問題是，體系中的電子是否會像熱一樣無縫流動，以實現良好的熱電特性。”Jayakanth Ravichandran，南加州大學Viterbi工程學院莫克家族化學工程和材料科學系助理教授說。

已知傳統的制造低熱導率的晶體固體的方法包括在這些固體中形成大量的缺陷，這對其他性質如電導率有不利影響。因此，制備低熱導率晶體材料而不影響其光學和電學性質的技術是熱電應用的最佳選擇。由于很少有晶體固體顯示出同樣可怕的導熱系數，研究人員的下一步就是研究這種現象是否也在這些材料中起作用。

資料來源：AZoM

粉體圈Coco編譯