一般来说，晶体是良好的热导体。从理论上讲，它们的原子结构极为有序，使原子振动（即热量）以波的形式流经它们。相比之下，玻璃是不良的热导体。它们具有随机和无序的内部结构，这意味着振动在通过时会从一个原子跳到另一个原子。

不过最近这个理论似乎受到了挑战。11月27日《自然通讯》杂志上报道了加州理工学院、南加州大学和能源部橡树岭国家实验室(ORNL)的科学家们的一项新发现，他们发现钡钛硫化物(BaTiS₃)虽是一种晶体，但却是热的不良导体，而且热导率还会随着温度的降低而变差，与大多数材料形成了鲜明对比。在低温下，它的导热率是有史以来在任何完全致密（无孔）固体中观察到的最差的。

这张高分辨率的SEM图显示了BaTi₃晶体中单个原子的排列方向。尽管晶体具有完美的原子结构，但在传输热能方面却出人意料地差

经过研究后发现，每个BaTiS₃晶体中的钛原子被发现存在于所谓的双阱势中，换句话说，原子希望位于原子结构内的两个空间位置。钛原子同时存在于两个地方，形成了所谓的“二能级系统”。在这种情况下，钛原子会表现出两种状态：基态和激发态。钛原子吸收通过的原子振动，从地面进入激发态，随后迅速衰变回基态，吸收的能量以振动的形式随机释放。由于这种吸收和释放振动的累积效应，能量被分散而不是干净地传递。可以这么理解一下：当照射光通过结霜的玻璃时，钛原子就是玻璃上的那层“霜”，会导致入射波偏离，最终只有一部分光穿过材料。

“我们曾预感到BaTiS₃的导热系数会很低，但这个数值却出乎意料的低。我们的研究显示了一种实现低热导率的新机制，所以接下来的问题是，体系中的电子是否会像热一样无缝流动，以实现良好的热电特性。”Jayakanth Ravichandran，南加州大学Viterbi工程学院莫克家族化学工程和材料科学系助理教授说。

已知传统的制造低热导率的晶体固体的方法包括在这些固体中形成大量的缺陷，这对其他性质如电导率有不利影响。因此，制备低热导率晶体材料而不影响其光学和电学性质的技术是热电应用的最佳选择。由于很少有晶体固体显示出同样可怕的导热系数，研究人员的下一步就是研究这种现象是否也在这些材料中起作用。

资料来源：AZoM

粉体圈Coco编译