Les chercheurs ont signalé un nouveau type de sélénohalogénures de bismuth à structure cristalline monodimensionnelle simple (BiSeX, X =Br, I) avec une conductivité thermique extrêmement faible. Les enquêtes sur la structure cristalline révèlent que la conductivité thermique ultra-faible est due à l'affaiblissement de la liaison chimique dans la structure de faible dimension, montrant une structure cristalline quasi-0-D. Ces résultats fournissent une nouvelle règle de sélection pour rechercher des matériaux à faible conductivité thermique avec des applications potentielles dans les revêtements thermoélectriques et de barrière thermique.

Les faibles propriétés de transport thermique sont importantes pour les applications dans les revêtements thermoélectriques et de barrière thermique. Aujourd'hui, les stratégies pour acquérir une faible conductivité thermique dans les matériaux en vrac comprennent les défauts multi-échelles (atomique, nano- et méso-échelle), poids moléculaire élevé, structure cristalline complexe, cellule unitaire plus grande et forte anharmonicité.

Dans un article récent de Science Chine Matériaux , Le professeur Li-Dong Zhao de l'Université de Beihang et ses collègues ont proposé une nouvelle stratégie pour rechercher une conductivité thermique intrinsèquement faible dans une structure cristalline unidimensionnelle. En utilisant les calculs des premiers principes et la synthèse expérimentale, ils ont trouvé un type de matériau avec une conductivité thermique extrêmement faible, BiSeX (X=Br, I) avec une structure en chaîne unidimensionnelle. Les mécanismes à l'origine de la faible conductivité thermique ont été révélés du point de vue de la structure cristalline par des mesures de diffraction de poudre de neutrons et par microscopie électronique à transmission à balayage (STEM) à correction d'aberrations réglables en température.

Pour élucider les origines de la conductivité thermique ultra-basse, les auteurs ont fait des comparaisons avec plusieurs analogues qui présentent cubique (3-D), structures cristallines en couches (2-D) et en chaîne (1-D), et a constaté que la conductivité thermique montrait une tendance à la baisse à partir de la 3-D, 2-D à 1-D en raison de la force de liaison chimique entre la structure de faible dimension devenant progressivement de plus en plus faible.

« Sur la base de ces directives, nous avons constaté que la liaison chimique le long de la chaîne s'affaiblissait davantage avec l'ajout d'atomes d'halogène, " a déclaré le professeur Zhao. Par conséquent, les liaisons chimiques de BiSeX le long des trois directions cristallographiques sont plus faibles que dans d'autres composés, montrant une structure cristalline quasi-0-D.

Différent du diamant à ultrahaute conductivité thermique (> 2000 W·m ^-1 K ^-1 ) avec de fortes liaisons covalentes entre les atomes de carbone, le transport des phonons dans les sélénohalogénures de bismuth a été significativement supprimé. Par conséquent, ils présentent une conductivité thermique extrêmement faible. "La conductivité thermique de BiSeI à 573 K atteint ~0,27 W m ^-1 K ^-1 , qui est proche de la valeur minimale théorique, " a déclaré le professeur Zhao.

Ces découvertes ouvrent la perspective d'obtenir des matériaux à faible conductivité thermique dans une structure en vrac contenant une chaîne unidimensionnelle avec des applications potentielles dans les domaines des revêtements de barrière thermique, matériaux thermoélectriques, etc.