中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近日，麻省理工大學(xué)陳剛、趙選賀和林少挺團(tuán)隊(duì)針對(duì)用于在電子，航空航天，汽車等領(lǐng)域的聚合物熱開(kāi)關(guān)取得最新進(jìn)展。研究成果以“Reversible two-way tuning of thermal conductivity in an end-linked star-shaped thermoset”為題發(fā)表在《Nature Communications》。
什么是熱開(kāi)關(guān)？
隨著科技的飛速發(fā)展，當(dāng)今的電子器件越來(lái)越趨于微型化、集成化，但這也使得器件的熱流密度越來(lái)越高，高熱流密度限制了電子器件的性能的進(jìn)一步提升，是當(dāng)今電子技術(shù)發(fā)展的瓶頸。同時(shí)，在跨大溫區(qū)環(huán)境如航空航天、深海探索等行業(yè)中，電子器件不僅要具有高效的散熱要求，還要求器件能夠在合適的溫度中工作。這使得使用傳統(tǒng)的熱阻器、電容設(shè)備已難以同時(shí)滿足有效散熱和良好保溫的要求，動(dòng)態(tài)熱管理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
熱開(kāi)關(guān)示意圖
動(dòng)態(tài)熱管理技術(shù)是利用材料或工況的非線性溫度反饋機(jī)制而實(shí)現(xiàn)熱流調(diào)控的技術(shù)。利用動(dòng)態(tài)熱管理所研發(fā)的熱學(xué)器件可根據(jù)調(diào)控功能的不同可分為熱整流、熱調(diào)節(jié)、熱開(kāi)關(guān)。熱開(kāi)關(guān)可類比電源開(kāi)關(guān)，作用是當(dāng)熱流或溫度超過(guò)某一定值時(shí)迅速接通熱流路，而當(dāng)熱流或溫度低于某一定值時(shí)，迅速斷開(kāi)熱流路。熱開(kāi)關(guān)通常是改變導(dǎo)熱通路的熱阻進(jìn)而完成熱量控制的裝置，在熱路中這種斷開(kāi)、閉合的作用已應(yīng)用于當(dāng)今的建筑節(jié)能、系統(tǒng)儲(chǔ)能、空間飛行器等眾多熱管理等領(lǐng)域。
新型聚合物熱開(kāi)關(guān)：60°C的固定溫度下，熱導(dǎo)率從0.15增加到2.1 W/（mK）
與傳統(tǒng)的熱敏開(kāi)關(guān)相比，聚合物熱敏開(kāi)關(guān)有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):重量輕、靈活、易于加工、化學(xué)穩(wěn)定、機(jī)械耐用。最近的研究表明，通過(guò)工程聚合物鏈配置，基于聚合物的熱開(kāi)關(guān)也可以在大范圍內(nèi)具有可調(diào)的導(dǎo)熱性，這可以在各種應(yīng)用中更好地控制傳熱和熱管理。然而，這些方法仍然有一些局限性�？偟膩�(lái)說(shuō)，盡管基于聚合物的熱敏開(kāi)關(guān)具有巨大的潛力，但要克服這些限制并開(kāi)發(fā)更實(shí)用和通用的熱敏開(kāi)關(guān)技術(shù)，進(jìn)一步的研究仍然至關(guān)重要。
對(duì)此，麻省理工大學(xué)陳剛、趙選賀和林少挺團(tuán)隊(duì)研究介紹了一種新型的聚合物熱開(kāi)關(guān)，這種熱開(kāi)關(guān)由四臂聚乙二醇（PEG）聚合物組成的末端連接星形熱固性材料（ELST）制成。這種ELST通過(guò)機(jī)械拉伸和釋放展示了快速、可逆和循環(huán)的熱導(dǎo)率調(diào)節(jié)能力。末端連接的星形熱固性材料在60°C的固定溫度下，熱導(dǎo)率從0.15增加到2.1 W/（mK），達(dá)到了應(yīng)變調(diào)制的11.5。此外，它還證明了溫度調(diào)制的導(dǎo)熱系數(shù)調(diào)諧比在2.5的固定拉伸下高達(dá)2.3(從0.17增加到0.39 W/（mK）)。當(dāng)結(jié)合時(shí)，這兩種效應(yīng)共同使末端連接的星形熱固性材料的導(dǎo)熱系數(shù)調(diào)諧比達(dá)到14.2。此外，末端連接的星形熱固性材料顯示了超過(guò)1000次循環(huán)的可逆調(diào)諧。研究結(jié)果表明，隨著拉伸比的增加，ELST的總熱導(dǎo)率顯著提高，這主要?dú)w因于聚合物鏈的取向和晶體結(jié)構(gòu)的變化。
ELST中導(dǎo)熱系數(shù)的雙向調(diào)諧
該研究不僅為開(kāi)發(fā)具有可調(diào)熱導(dǎo)率的智能材料提供了新的思路，也為深入理解聚合物材料的熱傳導(dǎo)機(jī)制提供了重要的實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ) 。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除
