NSR

《國家科學(xué)評論》（National Science Review, NSR）最近發(fā)表了同濟大學(xué)聲子學(xué)與熱能科學(xué)中心徐象繁研究員課題組，周俊教授課題組，及美國科羅拉多大學(xué)李保文教授合作完成的對非晶態(tài)聚酰亞胺納米纖維高熱傳導(dǎo)率的傳熱機理工作。

Dimensional crossover of heat conduction in amorphous polyimide nanofibers

(http://doi.org/10.1093/nsr/nwy004)

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高分子聚合物因其具有質(zhì)輕、柔韌性好以及化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異等物理性質(zhì)被普遍應(yīng)用于日常生活之中。然而高分子聚合物一直被認為是熱絕緣體的典型代表，其在室溫下的熱導(dǎo)率僅有0.1-0.3 Wm-1K-1，這使得高分子聚合物在熱輸運與熱調(diào)控領(lǐng)域的應(yīng)用受到了極大的限制。

近年來，大量研究結(jié)果表明高分子聚合物以及其納米復(fù)合材料有望作為熱界面材料進而改善高密度集成芯片的散熱問題。因此，開發(fā)和研究高熱導(dǎo)率的高分子聚合物材料對于熱界面材料的改進與發(fā)展具有極其重要的意義。在現(xiàn)有的報道中，通過調(diào)控非晶態(tài)高分子聚合物納米纖維的直徑大小可以有效控制分子鏈的取向和有序度。

隨著納米纖維分子鏈的取向一致，納米纖維的熱導(dǎo)率實現(xiàn)了至少一個數(shù)量級的極高增長。雖然實驗上已經(jīng)觀測到了非晶高分子聚合物納米纖維的高熱導(dǎo)率，但是對于非晶高分子聚合物納米纖維的傳熱機理研究卻鮮少有聞。目前已有的擴散子傳熱、最小熱導(dǎo)率模型以及聲子輔助躍遷模型都是基于無機非晶材料建立起來的傳熱理論模型，對于高分子聚合物體系并不完全適用，因此非晶高分子聚合物材料的傳熱機理研究已顯得尤為重要。

圖1. 非晶態(tài)聚酰亞胺納米纖維熱導(dǎo)率隨直徑變化的依賴關(guān)系。

同濟大學(xué)聲子學(xué)與熱能科學(xué)中心徐象繁研究員課題組，周俊教授課題組，及美國科羅拉多大學(xué)李保文教授合作完成了對非晶態(tài)聚酰亞胺納米纖維高熱導(dǎo)率的傳熱機理的研究工作。首次在非晶態(tài)聚酰亞胺納米纖維體系中實驗觀測到傳熱機制從三維塊材行為到一維納米纖維行為的轉(zhuǎn)變（圖1(a)）。

實驗中采用靜電紡絲技術(shù)制備了直徑范圍在31 nm至167 nm內(nèi)的聚酰亞胺納米纖維，表征了單根納米纖維熱導(dǎo)率隨溫度變化的依賴關(guān)系以及熱導(dǎo)率隨直徑變化的依賴關(guān)系。在此研究中，團隊還提出了一種基于隨機行走理論的理論模型。該理論模型考慮了聚酰亞胺納米纖維內(nèi)部分子鏈內(nèi)與鏈間的跳躍模式對聲子傳熱的影響。該理論模型已證實能夠很好的解釋高分子聚合物納米纖維熱導(dǎo)率隨直徑變化的依賴關(guān)系（圖1(b)），并有期繼續(xù)發(fā)展成為非晶態(tài)高分子聚合物傳熱理論發(fā)展之路上的重要工作。

《國家科學(xué)評論》(National Science Review)最近發(fā)表了該學(xué)術(shù)論文（https://doi.org/10.1093/nsr/nwy004），題目為“Dimensional crossover of heat conduction in amorphous polyimide nanofibers”。文章第一作者是同濟大學(xué)物理科學(xué)與工程學(xué)院聲子學(xué)與熱能科學(xué)中心的博士生董嵐，共同一作是同中心的博士生席晴。徐象繁研究員，周俊教授和李保文教授為通訊作者。

該工作在基金委自然科學(xué)基金（基金號：11674245, 11334007, 11505128），上海市東方學(xué)者（基金號：TP2014012），上海市科委（基金號：17142202100, 17ZR1447900）及同濟大學(xué)“領(lǐng)航特聘研究員計劃”啟動資金支持下完成。

文章信息：

Dimensional crossover of heat conduction in amorphous polyimide nanofibers

Lan Dong, Qing Xi, Dongsheng Chen, Jie Guo, Tsuneyoshi Nakayama, Yunyun Li, Ziqi Liang, Jun Zhou, Xiangfan Xu and Baowen Li

Natl Sci Rev, 2018; doi: 10.1093/nsr/nwy004

https://doi.org/10.1093/nsr/nwy004

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