单层过渡金属硫化物（TMDs）凭借其优异的电学性能和可调带隙，被视为后摩尔时代高集成度电子器件的明星材料。然而，随着器件功率密度的不断攀升，严重的自热效应成为了制约其性能发挥的“拦路虎”。由于范德华界面的弱相互作用以及原子尺度的粗糙度，热量难以从TMDs器件高效耗散至衬底。
引入高导热的“热界面中间层”是解决这一问题的常用策略。传统观点在筛选中间层材料时，往往聚焦于“热学匹配”，即追求中间层与器件声子谱的重叠，以期通过增强声子共振进而提升热输运性能。然而，这一准则难以解释为何声子谱严重失配的材料（如六方氮化硼h-BN）在实验中却表现出优异的热输运增强效果。这表明，在复杂的界面热传输中，不仅只有“热学”因素在起作用，被长期忽视的“力学”性质可能才是破局的关键。
针对这一科学问题，华中科技大学机械科学与工程学院高远教授、陈蓉教授团队与美国弗吉尼亚大学许宝星教授合作，通过分子动力学计算，揭示了弯曲刚度这一力学属性在界面热输运中的决定性作用。该工作证明，降低中间层的弯曲刚度可以显著改善界面贴合度，从而在粗糙衬底上实现比声子匹配更高效的热输运。相关成果以“Enhancing device-to-substrate thermal transport by limiting the flexural rigidity of heat-spreading interlayers”为题，发表于期刊《International Journal of Heat and Mass Transfer》，文章第一作者为微纳中心博士生于小童，通讯作者为许宝星教授、陈蓉教授与高远教授。
当“声子匹配”遇上“表面粗糙度”。 首先构建了包含MoS2器件、中间层和SiO2衬底的原子尺度模型（图1a）。研究发现了一个反直觉的现象：尽管MoS2中间层与器件具有完美的声子谱匹配（图1b），但在衬底表面粗糙度（Ra）大于1.5 Å时，其提供的界面热导反而低于声子失配但质地“柔软”的BN中间层（图1c）。这暗示了在非理想表面上，力学柔性比声子共振更为关键。
以“柔”致“密”，力学顺应性主导界面接触。 为了揭示其微观机理，研究团队分析了中间层的柔性变形行为。如图2所示，具有低弯曲刚度（~1.0 eV）的BN中间层能够像“皮肤”一样紧密贴合粗糙的SiO2衬底，形成周期性的波浪状变形（图2c），从而维持了大量的有效原子接触对（Effective Pairs, EP）。相反，高弯曲刚度（~7.18 eV）的MoS2中间层则表现得更为“僵硬”，在粗糙表面上形成了“桥接”效应，导致有效接触面积急剧减小。这种由力学柔性带来的高致密接触，为声子跨界面传输搭建了更多的“桥梁”。
为了定量描述这一机制，团队设计了精妙的模型系统，成功将“弯曲刚度”与“声子谱”这两个因素解耦（图3和图4）。计算结果表明，仅通过将中间层的弯曲刚度降低至原来的，即可带来
的界面热导提升。基于包括石墨烯、BN、MoS2、WSe2、锗烯等多种二维材料的广泛参数化研究，团队提出了一个包含声子重叠系数（Oeff）和力学因子（（B.Ra）-1）的通用标度律：
该公式成功地将微观的热学属性与宏观的力学形貌属性统一在一个物理框架内（图5）。
“兵无常势，水无常形。” 热流在微观界面的传输亦是如此。传统设计往往执着于材料本征热学属性的“硬指标”，却忽略了在真实粗糙界面下，只有具备足够的力学“柔性”，才能实现原子尺度的完美“拥抱”。
本工作跳出了单纯追求高导热、强共振的传统思维定式，创新性地引入“弯曲刚度”这一力学维度，阐明了“软”的机械特性如何转化为“强”的热学性能。这一发现不仅解决了二维材料散热中长期存在的理论与实验偏差，更为下一代高功率密度柔性电子器件的热管理设计提供了全新的选材准则，即在原子制造的尺度上，以力致热，刚柔并济。
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