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  聚合物通常被認(rèn)為是低導(dǎo)熱的，其分子鏈的不對(duì)稱性、無(wú)規(guī)線團(tuán)似的構(gòu)象、晶區(qū)的短程非周期性以及非晶區(qū)和缺陷都是造成聲子散射的重要因素。但聚合物也可以是高導(dǎo)熱的，例如把聚乙烯材料進(jìn)行超倍拉伸形成伸直鏈晶體后，納米纖維的導(dǎo)熱系數(shù)可以超過(guò)100 W/m K。四川大學(xué)傅強(qiáng)教授/吳凱副研究員團(tuán)隊(duì)的前期研究表明（Advanced Science, 2021，2004821），利用聚乙烯纖維的高導(dǎo)熱性質(zhì)，通過(guò)加工的手段可以在聚合物基體內(nèi)定構(gòu)連續(xù)的纖維導(dǎo)熱通道，任意定義復(fù)合材料內(nèi)的傳熱路徑。他們認(rèn)為，區(qū)別于聚合物/填料的異質(zhì)界面，聚合物纖維內(nèi)晶區(qū)-非晶區(qū)之間的同質(zhì)界面被數(shù)個(gè)大分子鏈串聯(lián)，可能具有類似的聲子振動(dòng)模式，表現(xiàn)為極低的界面熱阻（Foygel模型擬合后僅為10^-11 m² K W^?1數(shù)量級(jí)）。這種方法可以將有機(jī)塊體材料的導(dǎo)熱系數(shù)由原本的0.24 W/m K提高至38 W/m K，為開(kāi)發(fā)具有可控?zé)醾鲗?dǎo)功能的復(fù)合材料帶來(lái)了全新的機(jī)會(huì)。

圖1.相變材料的加工定構(gòu)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化及聚光熱電發(fā)電應(yīng)用。

  近期，他們基于這一認(rèn)識(shí)，將有機(jī)聲子通道加工到一種具有高相轉(zhuǎn)變溫度（?170 ℃）的甘露醇材料中，如圖1。為了保證聚合物分子鏈不至于在相轉(zhuǎn)變的時(shí)候松弛，他們將線性脂肪族聚合物拓展至含有剛性芳香結(jié)構(gòu)的聚對(duì)苯撐苯并二噁唑（PBO）纖維。PBO主鏈結(jié)構(gòu)線性規(guī)整、少有側(cè)基，不會(huì)因側(cè)基旋轉(zhuǎn)而引起聲子-聲子散射，因此單根纖維在超倍拉伸之后可以表現(xiàn)出>40 W/m K的定向?qū)崮芰�。將這些柔性的纖維加工成具有仿射狀的微觀結(jié)構(gòu)、并賦予其圓臺(tái)狀的宏觀構(gòu)造，他們可以在相變材料內(nèi)很好地調(diào)控?zé)崃康妮斶\(yùn)通道。與熱電器件集成并置于聚光束下，這種傳熱結(jié)構(gòu)巧妙地優(yōu)化了光-熱-電轉(zhuǎn)化裝置的熱管理性能，讓相變材料的充熱速度與放熱速度更好地匹配。在自然光照的情形下，實(shí)現(xiàn)了單位面積相變材料198.7 W/m²的輸出功率。

  相關(guān)成果以 “A Structured Phase Change Material with Controllable Thermoconductive Highways Enables Unparalleled Electricity via Solar-Thermal-Electric Conversion” 為題發(fā)表在Advanced Functional Materials期刊上，四川大學(xué)與南京理工大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生張永正為本文的第一作者，通訊作者為四川大學(xué)高分子學(xué)院的吳凱副研究員和傅強(qiáng)教授。感謝國(guó)家自然科學(xué)基金面上基金（No. 51573102 和No. 51421061）、江蘇省自然科學(xué)基金青年基金（No. BK20200501）對(duì)本工作的支持！

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202109255