中國粉體網訊 近日，麻省理工大學陳剛、趙選賀和林少挺團隊針對用于在電子，航空航天，汽車等領域的聚合物熱開關取得最新進展。研究成果以“Reversible two-way tuning of thermal conductivity in an end-linked star-shaped thermoset”為題發表在《Nature Communications》。
什么是熱開關？
隨著科技的飛速發展，當今的電子器件越來越趨于微型化、集成化，但這也使得器件的熱流密度越來越高，高熱流密度限制了電子器件的性能的進一步提升，是當今電子技術發展的瓶頸。同時，在跨大溫區環境如航空航天、深海探索等行業中，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。這使得使用傳統的熱阻器、電容設備已難以同時滿足有效散熱和良好保溫的要求，動態熱管理技術應運而生。
熱開關示意圖
動態熱管理技術是利用材料或工況的非線性溫度反饋機制而實現熱流調控的技術。利用動態熱管理所研發的熱學器件可根據調控功能的不同可分為熱整流、熱調節、熱開關。熱開關可類比電源開關，作用是當熱流或溫度超過某一定值時迅速接通熱流路，而當熱流或溫度低于某一定值時，迅速斷開熱流路。熱開關通常是改變導熱通路的熱阻進而完成熱量控制的裝置，在熱路中這種斷開、閉合的作用已應用于當今的建筑節能、系統儲能、空間飛行器等眾多熱管理等領域。
新型聚合物熱開關：60°C的固定溫度下，熱導率從0.15增加到2.1 W/（mK）
與傳統的熱敏開關相比，聚合物熱敏開關有幾個優點:重量輕、靈活、易于加工、化學穩定、機械耐用。最近的研究表明，通過工程聚合物鏈配置，基于聚合物的熱開關也可以在大范圍內具有可調的導熱性，這可以在各種應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。總的來說，盡管基于聚合物的熱敏開關具有巨大的潛力，但要克服這些限制并開發更實用和通用的熱敏開關技術，進一步的研究仍然至關重要。
對此，麻省理工大學陳剛、趙選賀和林少挺團隊研究介紹了一種新型的聚合物熱開關，這種熱開關由四臂聚乙二醇（PEG）聚合物組成的末端連接星形熱固性材料（ELST）制成。這種ELST通過機械拉伸和釋放展示了快速、可逆和循環的熱導率調節能力。末端連接的星形熱固性材料在60°C的固定溫度下，熱導率從0.15增加到2.1 W/（mK），達到了應變調制的11.5。此外，它還證明了溫度調制的導熱系數調諧比在2.5的固定拉伸下高達2.3(從0.17增加到0.39 W/（mK）)。當結合時，這兩種效應共同使末端連接的星形熱固性材料的導熱系數調諧比達到14.2。此外，末端連接的星形熱固性材料顯示了超過1000次循環的可逆調諧。研究結果表明，隨著拉伸比的增加，ELST的總熱導率顯著提高，這主要歸因于聚合物鏈的取向和晶體結構的變化。
ELST中導熱系數的雙向調諧
該研究不僅為開發具有可調熱導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機制提供了重要的實驗和理論基礎 。
（中國粉體網編輯整理/山川）
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