科学家们颠覆了长期以来关于热导率的固有认知，揭示出砷化硼晶体的导热性能甚至优于钻石。

休斯敦大学的研究人员在热导率领域取得重大突破，颠覆了长期以来关于砷化硼（BAs）与钻石相比导热能力的固有认知。

他们的实验表明，当砷化硼以高品质晶体形态生成时，其在室温下的热导率可达每米每开尔文2100瓦以上（W/mK），其性能或许超越了长期以来被视为各向同性材料中导热性能最佳的钻石。

10月10日发表于《今日材料》上的这一研究结果对现有科学模型提出了质疑，或将彻底改变人们对导热材料的认知。这一发现还为先进半导体材料打开了大门，这类材料能够显著提升智能手机、高性能电子产品和大型数据中心的热管理能力。

“我们坚信自己的测量结果；我们的数据准确无误，这意味着理论需要修正，”通讯作者、休斯顿大学自然科学与数学学院物理系教授任志锋说道，“我并非断言该理论有误，但需进行调整以与实验数据保持一致。”

打破壁垒

该研究是休斯顿大学举世闻名的得克萨斯超导中心（由任志锋教授领导）与加州大学圣巴巴拉分校和波士顿学院的研究人员共同合作完成的。

过去十年间，理论推测合成材料砷化硼的热导率可与钻石相媲美，甚至超越钻石——这种特性使其能够高效地将热量从产品中导出。2013年，该研究合著者、波士顿学院物理学家戴维·布罗伊多（David Broido）及其团队预言，砷化硼（BAs）晶体可达到这一性能水平。

但任志锋（Ren，音译）表示，到2017年，经过修正的模型加入了四声子散射（这一过程比先前使用的三声子模型更为复杂），将砷化硼的热导率上限设定为1360 W/mK，致使大多数研究人员都认为，在未来的实验中，其热导率不太可能再有所提升。

然而，任教授及其研究团队成员认为，使用纯度更高的原材料将提高热导率，因为样品中存在诸多缺陷，其热导率约为1300W/mK。预测是基于完美的砷化硼晶体得出的，而科学家们通过使用存在显著缺陷的样品，在实验中成功达到了预测的热导水平。

通过提纯天然砷并改进合成工艺，研究团队制备出了纯度更高的晶体，其热导率超过2100 W/mK，创下了超越理论预期的热传导性能纪录。

为何至关重要

这一发现使砷化硼（BAs）成为电子与热管理领域潜在的变革性材料。它不仅在导热性能上超越钻石，更在半导体特性方面优于当前行业标准的硅材料。

砷化硼的主要优势包括：

“这种新材料太棒了，”任说道，“它兼具优质半导体和良好热导体的最佳特性——集各种优良特性于一身。这在其他半导体材料中是从未出现过的。”

展望未来

尽管取得了这一突破，但研究工作远未结束。德克萨斯超导中心的研究人员将继续优化材料，他们希望此举能进一步提升砷化硼的热导率。

该研究项目是加州大学圣塔芭芭拉分校廖博林主导的一项价值280万美元的国家科学基金会资助项目的一部分，休斯顿大学、圣母大学和加州大学欧文分校均参与其中。工业赞助商Qorvo也为休斯顿大学的研究工作提供了部分支持。

任教授邀请理论研究者重新审视热传导模型，突破理论极限，未来有望解锁性能更优的材料。

任教授表示：“你不应让某种理论成为你探索更重大发现的阻碍，而本研究恰恰印证了这一点。”

参考文献：安热·贝尼塞·尼伊基扎（Ange Benise Niyikiza）、项泽宇（Zeyu Xiang）、张方浩（Fanghao Zhang）、潘凤娇（Fengjiao Pan）、李春华（Chunhua Li）、马修·德尔蒙（Matthew Delmont）、戴维·布罗伊多（David Broido）、彭英（Ying Peng）、廖博林（Bolin Liao）与任志锋（Zhifeng Ren）所著《常温下砷化硼的热导率超过2100瓦/（米·开尔文）》，发表于2025年10月10日《今日材料》期刊。 DOI：10.1016/j.mattod.2025.09.021