60°C下热导率从0.15增加到2.1 W/（mK）！麻省理工在聚合物热开关领域取得重要进展

中国粉体网讯  近日，麻省理工大学陈刚、赵选贺和林少挺团队针对用于在电子，航空航天，汽车等领域的聚合物热开关取得最新进展。研究成果以“Reversible two-way tuning of thermal conductivity in an end-linked star-shaped thermoset”为题发表在《Nature Communications》。

什么是热开关？

随着科技的飞速发展，当今的电子器件越来越趋于微型化、集成化，但这也使得器件的热流密度越来越高，高热流密度限制了电子器件的性能的进一步提升，是当今电子技术发展的瓶颈。同时，在跨大温区环境如航空航天、深海探索等行业中，电子器件不仅要具有高效的散热要求，还要求器件能够在合适的温度中工作。这使得使用传统的热阻器、电容设备已难以同时满足有效散热和良好保温的要求，动态热管理技术应运而生。

热开关示意图

动态热管理技术是利用材料或工况的非线性温度反馈机制而实现热流调控的技术。利用动态热管理所研发的热学器件可根据调控功能的不同可分为热整流、热调节、热开关。热开关可类比电源开关，作用是当热流或温度超过某一定值时迅速接通热流路，而当热流或温度低于某一定值时，迅速断开热流路。热开关通常是改变导热通路的热阻进而完成热量控制的装置，在热路中这种断开、闭合的作用已应用于当今的建筑节能、系统储能、空间飞行器等众多热管理等领域。

新型聚合物热开关：60°C的固定温度下，热导率从0.15增加到2.1 W/（mK）

与传统的热敏开关相比，聚合物热敏开关有几个优点:重量轻、灵活、易于加工、化学稳定、机械耐用。最近的研究表明，通过工程聚合物链配置，基于聚合物的热开关也可以在大范围内具有可调的导热性，这可以在各种应用中更好地控制传热和热管理。然而，这些方法仍然有一些局限性。总的来说，尽管基于聚合物的热敏开关具有巨大的潜力，但要克服这些限制并开发更实用和通用的热敏开关技术，进一步的研究仍然至关重要。

对此，麻省理工大学陈刚、赵选贺和林少挺团队研究介绍了一种新型的聚合物热开关，这种热开关由四臂聚乙二醇（PEG）聚合物组成的末端连接星形热固性材料（ELST）制成。这种ELST通过机械拉伸和释放展示了快速、可逆和循环的热导率调节能力。末端连接的星形热固性材料在60°C的固定温度下，热导率从0.15增加到2.1 W/（mK），达到了应变调制的11.5。此外，它还证明了温度调制的导热系数调谐比在2.5的固定拉伸下高达2.3(从0.17增加到0.39 W/（mK）)。当结合时，这两种效应共同使末端连接的星形热固性材料的导热系数调谐比达到14.2。此外，末端连接的星形热固性材料显示了超过1000次循环的可逆调谐。研究结果表明，随着拉伸比的增加，ELST的总热导率显著提高，这主要归因于聚合物链的取向和晶体结构的变化。

ELST中导热系数的双向调谐

该研究不仅为开发具有可调热导率的智能材料提供了新的思路，也为深入理解聚合物材料的热传导机制提供了重要的实验和理论基础 。

（中国粉体网编辑整理/山川）

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