Low Thermal Conductivity through Dense Particle Packings with Optimum Disorder

热导率 材料科学 小型化 粒子(生态学) 纳米颗粒 纳米技术 热的 分散性 热力学 复合材料 海洋学 物理 地质学 高分子化学
作者
Fabian A. Nutz,Alexandra Philipp,Bernd A. F. Kopera,Martin Dulle,Markus Retsch
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:30 (14): e1704910-e1704910 被引量:15
标识
DOI:10.1002/adma.201704910
摘要

Heat transport plays a critical role in modern batteries, electrodes, and capacitors. This is caused by the ongoing miniaturization of such nanotechnological devices, which increases the local power density and hence temperature. Even worse, the introduction of heterostructures and interfaces is often accompanied by a reduction in thermal conductivity, which can ultimately lead to the failure of the entire device. Surprisingly, a fundamental understanding of the governing heat transport processes even in simple systems, such as binary particle mixtures is still missing. This contribution closes this gap and elucidates how strongly the polydispersity of a model particulate system influences the effective thermal conductivity across such a heterogeneous system. In a combined experimental and modeling approach, well-defined mixtures of monodisperse particles with varying size ratios are investigated. The transition from order to disorder can reduce the effective thermal conductivity by as much as ≈50%. This is caused by an increase in the thermal transport path length and is governed by the number of interparticle contact points. These results are of general importance for many particulate and heterostructured materials and will help to conceive improved device layouts with more reliable heat dissipation or conservation properties in the future.
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