近期電介質(zhì)領(lǐng)域研究成果匯總

四川大學(xué)傅強(qiáng)/吳凱團(tuán)隊(duì)《Adv. Mater.》：全有機(jī)聚合物的多層次結(jié)構(gòu)與三維空間7-10W/mK的高導(dǎo)熱性質(zhì)

有機(jī)聚合物通常由無(wú)規(guī)線團(tuán)似的共價(jià)大分子堆砌而成，電導(dǎo)率低而聲子平均自由程小，在過(guò)去都被認(rèn)為是熱的不良導(dǎo)體，如常見(jiàn)的塑料、橡膠和纖維的導(dǎo)熱系數(shù)都在0.1 W/m K的量級(jí)。而在一些取向的薄膜和纖維中，科研人員已經(jīng)觀察到了一些聚合物的高導(dǎo)熱性質(zhì)和顯著增大的聲子平均自由程，如聚乙烯納米纖維的縱向?qū)嵯禂?shù)高達(dá)100 W/m K、聚乙烯薄膜拉伸方向的導(dǎo)熱系數(shù)有62 W/m K，其聲子的平均自由程甚至比聚乙烯的晶體尺寸還要大。目前，科研人員對(duì)上述聚合物的高效熱輸運(yùn)提出了兩種相互矛盾的解釋?zhuān)海?）是晶區(qū)含量的增加和/或尺寸的擴(kuò)大增強(qiáng)了聚合物的熱傳導(dǎo)；（2）除晶區(qū)之外，無(wú)定形區(qū)域取向時(shí)逐漸演化的高導(dǎo)熱性質(zhì)增強(qiáng)了聚合物的熱傳導(dǎo)，例如Xu等人通過(guò)經(jīng)典的一維模型計(jì)算出超倍拉伸的PE薄膜內(nèi)無(wú)定形區(qū)域的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到了16 W/m K（Nat. Commun. 2019, 10, 1）?？梢?jiàn)，聚合物的導(dǎo)熱性質(zhì)需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)支撐和合理解釋。除此之外，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，人們更希望材料在三維空間任意方向都是導(dǎo)熱的，這樣可以讓其適應(yīng)各種熱源形式（平面熱源、局部熱源、點(diǎn)熱源等）。然而到目前為止，通過(guò)傳統(tǒng)的加工/制備方法，人們還未將全有機(jī)聚合物這種低維方向的導(dǎo)熱性質(zhì)有效地拓展至整個(gè)三維空間。針對(duì)上述問(wèn)題，四川大學(xué)傅強(qiáng)/吳凱團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種膠原蛋白螺旋結(jié)構(gòu)啟發(fā)的“環(huán)氧樹(shù)脂/聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維（PBO）塊材”，這種全有機(jī)材料第一次在面外和面內(nèi)方向同時(shí)實(shí)現(xiàn)了7 W/m K以上的高導(dǎo)熱系數(shù)，如面外方向的導(dǎo)熱系數(shù)為10.85 W/m K、面內(nèi)方向的導(dǎo)熱系數(shù)為7.15 W/m K。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于期刊Advanced Materials。

上海交通大學(xué)黃興溢教授《ACS Nano》：導(dǎo)熱、電絕緣PBO納米纖維/氮化硼納米片復(fù)合紙

隨著5G設(shè)備和高功率密度電子器件的快速發(fā)展，對(duì)導(dǎo)熱材料提出了更加迫切和更高的要求。介電聚合物復(fù)合材料的電絕緣性能、機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性甚至防火性能在電氣和電子領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，目前介電聚合物復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的提高往往以降低機(jī)械性能和電絕緣性能為代價(jià)。近日，上海交通大學(xué)黃興溢教授課題組采用溶膠-凝膠-薄膜轉(zhuǎn)換方法，制備了一種高導(dǎo)熱且電絕緣的具有仿珍珠母微結(jié)構(gòu)的聚對(duì)苯撐苯并二惡唑納米纖維/氮化硼納米片（PBONF/BNNS）納米復(fù)合材料紙。當(dāng)BNNSs含量為10 wt%時(shí)，納米復(fù)合材料紙的面內(nèi)熱導(dǎo)率為21.34 W m^-1 K^-1，并具有206 MPa的超高強(qiáng)度。此外，納米復(fù)合材料紙具有優(yōu)異的電絕緣性能，可達(dá)350℃以上，并具有優(yōu)良的阻燃性能。納米復(fù)合材料紙?jiān)?G基站和變壓器中表現(xiàn)出了較強(qiáng)的散熱能力，在高功率密度電氣設(shè)備和電子器件中具有廣泛的應(yīng)用潛力。相關(guān)工作以“Thermally Conductive but Electrically Insulating Polybenzazole Nanofiber/Boron Nitride Nanosheets Nanocomposite Paper for Heat Dissipation of 5G Base Stations and Transformers”為題發(fā)表在《ACS Nano》上。

海交大張文明教授團(tuán)隊(duì)在人體動(dòng)脈脈搏壓電動(dòng)力學(xué)方面取得新突破

近年來(lái)，便攜式可穿戴連續(xù)醫(yī)療監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展迅速，特別是可穿戴動(dòng)脈脈搏監(jiān)測(cè)。在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)里，利用動(dòng)脈脈搏波速度和脈搏過(guò)境時(shí)間的可穿戴連續(xù)血壓監(jiān)測(cè)已被廣泛研究。使用壓電晶體麥克風(fēng)的動(dòng)脈脈搏波監(jiān)測(cè)在1941年被采用。此后，由于壓電傳感器本身具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和高保真度，使用壓電傳感器引起了廣泛的關(guān)注。然而，由于時(shí)間同步誤差和位于至少兩個(gè)壓電傳感器的監(jiān)測(cè)中的傳感器距離誤差，基于此的血壓評(píng)估具有內(nèi)在的限制。所報(bào)道的動(dòng)脈脈沖壓電反應(yīng)在不同的研究中基本不一致。因此，使用這種技術(shù)監(jiān)測(cè)血壓是有爭(zhēng)議的。為了開(kāi)發(fā)準(zhǔn)確的可穿戴式連續(xù)血壓監(jiān)測(cè)，闡明動(dòng)脈脈沖壓電反應(yīng)是非常重要和緊迫的。傳統(tǒng)上認(rèn)為壓電動(dòng)脈脈搏波的動(dòng)態(tài)與典型血壓波的動(dòng)態(tài)相似。然而，實(shí)現(xiàn)基于動(dòng)脈脈搏波的精確的連續(xù)血壓波監(jiān)測(cè)仍然具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)閴弘娒}搏波和其相關(guān)的血壓波之間的相關(guān)性還不清楚。為了解決這個(gè)問(wèn)題，上海交大楊斌、張文明教授團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)對(duì)這些動(dòng)態(tài)的理論、模擬和實(shí)驗(yàn)分析來(lái)闡明壓電脈搏波和血壓波之間的相關(guān)性?；谶@種相關(guān)性，開(kāi)發(fā)了一個(gè)無(wú)線可穿戴式連續(xù)血壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，與基于多個(gè)傳感器之間脈搏波速度的傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，具有更好的便攜性。他們探索了使用單個(gè)壓電傳感器實(shí)現(xiàn)無(wú)運(yùn)動(dòng)偽影的可穿戴式連續(xù)血壓監(jiān)測(cè)的可行性。這些發(fā)現(xiàn)消除了對(duì)動(dòng)脈脈搏波壓電反應(yīng)的爭(zhēng)議，并有可能用于開(kāi)發(fā)便攜式可穿戴連續(xù)血壓監(jiān)測(cè)裝置，用于高血壓的早期預(yù)防和日常控制。相關(guān)研究以“Piezoelectric Dynamics of Arterial Pulse for Wearable Continuous Blood Pressure Monitoring”為題發(fā)表在Advanced Materials期刊上。

云南大學(xué)王繼亮/包黎霞《Matter》：基于絕緣共聚物的納米發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)紫外光能量收集！

太陽(yáng)能因其、取之不盡等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是的可持續(xù)清潔能源。在過(guò)去的幾十年中，一系列相變儲(chǔ)能材料和太陽(yáng)能電池取得了無(wú)數(shù)突破。得益于金屬中的自由電子以及光照下半導(dǎo)體空穴和電子的重新分布，金屬和半導(dǎo)體可以分別通過(guò)的外部光電效應(yīng)和內(nèi)部光伏效應(yīng)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。然而，由于缺乏自由電子或在光照下空穴和電子的重新分布，在電子絕緣聚合物中無(wú)法檢測(cè)到光電效應(yīng)。云南大學(xué)王繼亮副教授、包黎霞副教授等人報(bào)道了一種通過(guò)光機(jī)電（PME）效應(yīng)有效地將紫外光能量轉(zhuǎn)化為電子絕緣共聚物電能的新策略。作者將功能性偶氮苯（AZO）和咪唑離子液體（ILO）低聚物分別用作光異構(gòu)體和偶極單元，通過(guò)PME效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光誘導(dǎo)感光鏈段的異構(gòu)化，并進(jìn)一步產(chǎn)生動(dòng)態(tài)偶極子和等量但符號(hào)相反的電極感應(yīng)電荷。所構(gòu)建的電子絕緣共聚物（AZO-co-ILO）基納米發(fā)電機(jī)（PME-NG）可以在紫外線照射下直接輸出交流電（高達(dá)5.8 V和247 μA），這意味著該P(yáng)ME-NG在自供電電子設(shè)備中具有廣泛的潛在應(yīng)用。該研究以題為“Photomechaelectric nanogenerator”的論文發(fā)表在《Matter》上。

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