近日，我院先进金属材料与非晶态物理团队在爱斯维尔旗下的传热领域顶刊、中科院热力学小类一区Top期刊《International Journal of Heat and Mass Transfer》发表题为“Lattice dynamic and anomalous thermal transport of calcium sodium vanadates”的高水平研究论文，论文以重庆师范大学为第一单位，学院青年教师靳鑫博士为第一作者，余鹏教授为通讯作者，重庆大学吕学伟教授为共同通讯作者。

钙钠钒酸盐因其在多种实际应用中的广泛潜力而备受关注。然而，对其固有热物理性质的全面理解仍面临挑战。由于钙钠钒酸盐晶体结构以及不同类型化学键相互作用的复杂性，理论上预测其热力学性质尤其是处理高温下显著的非谐效应存在较大的挑战。解决以上问题需要采用先进和高精度的理论计算方法，这对于获得可靠的热物理数据和理解其基本物理特性至关重要。

在这项研究工作中，对钙钠钒酸盐包括NaCaVO₄和Na₂CaV₄O₁₂的晶格动力学、热力学和热输运性质进行了全面的理论研究。首先利用准简谐近似方法，计算了包括热容、热膨胀系数和吉布斯自由能在内的宽温度范围内的热力学性质，与现有实验数据吻合较好。其次，结合玻尔兹曼输运方程和热输运统一理论，揭示了NaCaVO₄和Na₂CaV₄O₁₂的分层热传输行为，扩散声子通道对晶格热导率(κ_L)具有较大贡献。这导致κ_L的温度依赖性较弱，偏离了典型的κ_L~T-¹趋势。考虑了传播声子和波动相干声子的贡献，预测NaCaVO₄和Na₂CaV₄O₁₂在室温下的平均κ_L值分别为2.43和1.25 W/mK，通过详细的电子结构和声子输运性质分析，揭示了分级热传输行为的起源主要归因于较强的非谐性和低的声子群速度，这与弱Na-O (Ca-O)键和强V-O键的键合异质性密切相关。该项研究不仅增强了钙钠钒酸盐的各种实际应用，还为离子插层钒基氧化物的基本热物理性质提供了新的见解。

图为：论文发表信息

图为：钙钠钒酸盐的声子输运性质

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2024.125884