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MIT陈刚院士课题组圆锥销首次实现共轭聚合物薄膜的高热导率

发布时间:2019-07-30 08:57:30

MIT陈刚院士课题组圆锥销首次实现共轭聚合物薄膜的高热导率

聚合物牵引拖车材料几近渗透到现代技术的各个方面。柔性与轻质的高份子材料是可穿着传感器、软体机器人和3D打印等先进技术发展的条件。但是,聚合物材料被认为是绝热体,低的热导率(0.2 W/m?K)阻碍了检测器它们在电子装备、能源等领域的利用。当前,金属和陶瓷依然是主要的热导体。正如本征型导电高份子的发现,在柔性显示、太阳能电池和可穿着生物传感器等领域发挥着了重要的利用,本征型导热高份子的发展将会在下1代电子、光电和能源装备等领域中开辟1系列重要利用。

结构的无序和工业开关弱的份子间相互作用电池外壳是致使聚合物材料低热导率的主要因素。当前领调节器域内除垢剂的研究主要都局限在单1提高聚合物份子内相互作用以提高声子沿着份子链方向的传输效力,或单1提高聚合物份子间的相互六氟化硫作用以提高声子在份子链间的传输效力。这些方法需要特殊的制备进程,料的热率显现各向异性,在被褥实际利用中难以保证稳定性和可靠性。通过份子工程同时提高聚合物份子内和份子间的相互作用是提高聚合物的热导率长时间的挑战,是实现有效的各向同性热传输性能的关键。

国际顶尖期捣打料刊Science Advances报导了MIT陈刚院士课题组通过自下而上的氧化化学气相沉积(oCVD),利用沿着聚合物伸长链方向强的C=C共价键和份子链间强的π-π堆叠非共价键相互作用,首次实现了共轭聚合物薄膜(聚(3-己基噻吩))的高热导率。同时存在的丙纶滤布这两种相互作用实现了2.2 W/m?K的室温热导率,是传统聚合物的10倍。采取该无溶剂的o弱粘煤CVD技术,可以在各激光打孔种基材上生长轻验钞机 质、柔韧的聚合物薄膜导热体,同时具有电绝缘性和耐腐蚀性。

图1.oCVD合成进程、份子结构和薄膜热处理形态。

共轭聚灌注机合物由于具有刚性的共轭主链和强的份子间π-刚玉砂轮π堆积相互作用,具有发展鞋钉为热导体的潜能。金刚石(~2000泵壳 W/m?K)和拉泡沫机伸聚乙烯(~104 W/m?K)中的C-C单键是它们具有超高热导率的关键。与C-C单键相比,共轭的C=C双键强度几近是它的两倍,因此有望明显改良聚合物链方向上的声子传输。而割刀且,份子链间的π-π堆积相互作用是范德华力的10⑴00倍,可以增强声子在聚合物链间的传输。但传统的共轭聚合物表现出和非共轭聚合物类似的低热导率(~0.2 W/m?K)。

研究者认为共轭聚合物份子链的扭曲和纠缠致使的强声子散射是造成低热导率的缘由。陈刚团队通过oCV通用热风枪座套D法在份子水平上调控聚(3-己基噻吩)的合成进程。使用低温的基底吸附过量的氧化剂,过量的氧化剂既可以作为聚合物链增长的模板,也可在链增长的进程中对聚合物主链进行大量的氧化反应,明显稳定链中的醌式结构—1灯具个带有刚性双键的共轭链段连接两个噻吩环,而不是传统的可旋转单键。这类醌式结构对取得高的热导率相当重要,由于双键和伸长的共轭结构保证了份子链的平面构型。这类平面构型的份子链能够保证其通过π-π相互作用进行多重的有序自组装堆叠。因此,通过oCVD实现了同时具有刚性共轭骨架和强链间π-π相互作用的聚(3-己基噻吩)的合路虎配件成,取得了创记录的室温最高热导率。

图2.使用TDTR法得到的热导率。

Yanfei Xu和Xiaoxue Wang包装机械博士研究生是该论文的共同第1作者,Karen K.Gleason和Gang Chen教授是该论文的共同通讯作者。

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