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晶格熱導率κ是所有固體固有的屬性，具有重要的技術影響。電子設備需要高κ以降低熱負荷，碳的同素異形體是首選材料。同位素控制是抑制攜帶熱量的晶格振動（聲子）散射的關鍵，用于渦輪葉片的能量收集和熱障涂層的熱電模塊需要低κ以保持溫度梯度。熱導率低于石英玻璃(0.9 W K^-1m^-1)的材料尤其令人感興趣，石英玻璃用于日常隔熱。

晶體材料的熱導率不能任意低，因為固有極限取決于聲子色散?？梢酝ㄟ^降低聲子散射長度或聲子群速度來減少聲子熱傳輸，其長波長極限是材料的聲速。散射長度由內在（聲子-聲子散射，通過非諧性增強）和外在（例如，缺陷或邊界散射）機制決定，而群速度由聲子色散控制，聲子色散是材料固有的，因為它是由結構和組成定義的。因此，許多研究已經解決了通過納米結構和缺陷工程來減少外在聲子散射長度的問題。然而，聲子散射長度的下限是波長的一半，低于該值的振動不能再被視為聲子。這為許多材料在高散射區(qū)接近的熱導率設定了漸近高溫極限。該限制本質上由整個聲子色散決定，而不考慮熱傳導機制，并設置了所有溫度下可及κ的尺度。成功的材料設計策略將通過設計由單元級結構定義的總聲子色散來降低κ的漸近極限。

英國利物浦大學的Matthew J. Rosseinsky和Jonathan Alaria等人在Science發(fā)表最新成果，Low thermal conductivity in a modular inorganic material with bonding anisotropy and mismatch，報道了具有史上最低熱導率的材料。

作者使用互補策略來抑制縱向和橫向聲子對包含不同類型內在化學界面的層狀材料中熱傳輸?shù)呢暙I。作者使用固態(tài)化學技術，在層狀范德華晶體Bi₂O₂Cl₂和Bi₂O₂Se以及天然超晶格Bi₄O₄SeCl₂中合成了高度各向異性、有序無序的結構。他們沒有控制材料中原子的有序性（材料工程的一種常見途徑），而是操縱層間原子之間的鍵強度和連接性。在晶體中，與原子獨立移動相比，聲子模式以更高的效率引導熱量。他們設計了鍵合模式來操縱聲子的傳播速度。通過調整材料的界面和晶胞的選擇，他們可以選擇他們的晶體允許通過的聲子類型，從而產生極低的熱導率。沿其堆疊方向，在室溫下達到0.1 W K^-1 m^-1的極低熱導率，該值在空氣熱導率的四倍以內。

作者證明了對不同界面空間排列的化學控制可以協(xié)同修改振動模式以最小化熱導率。這些原理應該適用于其他系統(tǒng)，并提供一種開發(fā)具有極低熱導率的晶體的方法。

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Science：突破極限，史上最低熱導率的材料！