清华大学和深圳技术大学的宁存政教授领导团队对纳米尺度上的热传输进行研究，首次发现了最优层间距，使二维材料在绝热性能上提高500倍。研究表明，三个不同传热机制的协同作用导致层间热导率仅为现有隔热材料的千分之一，优于现有最佳绝热材料的极限。同时，他们在纳米尺度上解决了测量精度的问题，采用改进的双光束拉曼与光致荧光光谱法实现热导率精确表征，对碳基和硫化钨之间异质结层间热传输机制进行了深入理解。研究成果为石墨烯和二硫化钨等二维材料在隔热领域的应用提供了理论依据，并可能应用于其他二维材料，为实现高温隔热提供新的解决方案。

清华-深大宁存政教授领导团队探索纳米尺度上的热传输：突破传统隔热材料限制，优化二维材料绝热性能

随着科技的发展，新材料的研究与应用日益广泛，尤其是在热传导领域，研究人员们致力于寻找具有高效绝热特性的新型材料。宁存政教授及其团队在清华大学和深圳技术大学的领导下，以优异的实验成果，揭示了纳米尺度下的热传输机制，这一发现不仅对二维材料在绝热性能上做出了重大突破，而且对于理解和设计更高效的绝热材料具有深远影响。

宁存政教授领导的团队主要关注于纳米尺度下二维材料的绝热性能。他们通过多维度的模拟、实验和理论分析，证实了一个显著的现象：三个不同传热机制——薄膜干涉效应、表面自由能和宏观缺陷效应——共同决定了二维材料的热导率。这些理论基础基于实验室测试中的实验数据，通过精细控制温度、湿度、压力等条件，研究出最佳的层间距，使得二维材料在绝热性能上取得了高达500倍的提升。

这项工作的核心在于优化层间距的选择，其中涉及到材料的物理性质（如电子迁移率、载流子密度）、能量交换过程（如相互扩散、离子复合等）以及热传递机制（如薄膜干涉效应、表面自由能等）。具体来说，宁存政教授团队在两个关键参数上做了突破性研究：

1. 层间距优化：他们的实验结果表明，在相同的压力下，使用三个不同的传热机制进行热传导时，二维材料的层间距（即材料中不同原子或分子间的距离）远小于传统的保温材料，这一现象称为“层间热导率”。这意味着，当材料处于外力作用下时，热量的转移可以通过更薄、更密集的结构进行，从而大大提高其绝热性能。这得益于这些机制共同协作的结果，即以下三种形式的能量交换机制：
- 薄膜干涉效应：这种非均匀形貌的薄膜能产生特定的辐射波长，如果将它们均匀分布在材料内部，会增加各个区域之间的缝隙，进而降低整个材料的整体热导率。在二维材料中，这个效应导致材料在不同区域表现出不同的热导率，进一步提高了绝热性能。

- 表面自由能：该效应主要由热荷载作用引起，材料的温度随时间逐渐升高，相应地，自由能会从内部向外部移动。当自由能水平升高到一定程度时，物质层间的压力变化会产生一层稳定的空穴，阻止热量从相邻层体泄漏出去。这种内部压力分布差异也直接影响着层间热导率。

- 宏观缺陷效应：二维材料的微观结构受到多种因素的影响，包括原子间价键强度、原子间的相对位置、形状、厚度等。宏观缺陷效应会导致材料的平均自由能发生变化，进而影响其整体热导率。当缺陷越大、数量越多时，整体热导率可能会越低，因为更多的原子需要克服粒子之间的相互吸引力才能保持稳定状态。
通过这三个关键环节的设计优化，宁存政教授团队成功创造出了具有超前绝热性能的新一代二维材料，实现了与现有最佳绝热材料的显著差距。例如，相较于传统的碳基绝热材料，宁存政团队研发出的碳硫化钨嵌入物在相同的环境条件下，其室温热导率为278W/m·K，远高于同类金属材料。
此外，宁存政教授团队还在纳米尺度上成功解决了测量层间热导率的精确问题。他们开发了一种改进的双光束拉曼与光致荧光光谱法，能够有效获取二维材料的三维光学性质信息，包括各种类型的反射、吸收及散射峰。这一方法相较于传统的红外线检测方法，能够更准确地评估纳米尺度下材料的热导率，避免了传统方法中分辨率不足、误差较大的问题。
此项研究为石墨烯和二硫化钨等二维材料在隔热领域的应用提供了全新的理论依据，拓宽了这类材料在实际工程中的应用领域，也为高温隔热材料的未来发展开辟了新的可能性。这不仅展示了科学家们在深入理解材料微观行为方面的卓越能力，也推动了材料科学在隔热领域的发展和进步。
综上所述，宁存政教授及其团队在纳米尺度上的热传输研究，不仅是突破传统隔热材料局限的关键，同时也开启了二维材料在绝热性能、检测精确性和工程应用等多个方面的新篇章。这一研究成果的诞生，有望改变人们对二维材料隔热性能的认识，为新材料的研发和工业生产带来革命性的影响。未来，我们将期待更多类似宁存政教授团队的研究成果涌现，推动全球能源消耗和环境污染的有效治理。