近期電介質(zhì)領(lǐng)域研究成果匯總

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

有機聚合物通常由無規(guī)線團似的共價大分子堆砌而成，電導(dǎo)率低而聲子平均自由程小，在過去都被認(rèn)為是熱的不良導(dǎo)體，如常見的塑料、橡膠和纖維的導(dǎo)熱系數(shù)都在0.1 W/m K的量級。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，科研人員對上述聚合物的高效熱輸運提出了兩種相互矛盾的解釋：（1）是晶區(qū)含量的增加和/或尺寸的擴大增強了聚合物的熱傳導(dǎo)；（2）除晶區(qū)之外，無定形區(qū)域取向時逐漸演化的高導(dǎo)熱性質(zhì)增強了聚合物的熱傳導(dǎo)，例如Xu等人通過經(jīng)典的一維模型計算出超倍拉伸的PE薄膜內(nèi)無定形區(qū)域的導(dǎo)熱系數(shù)達到了16 W/m K（Nat. Commun. 2019, 10, 1）。可見，聚合物的導(dǎo)熱性質(zhì)需要進一步的實驗支撐和合理解釋。除此之外，在實際應(yīng)用過程中，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、點熱源等）。然而到目前為止，通過傳統(tǒng)的加工/制備方法，人們還未將全有機聚合物這種低維方向的導(dǎo)熱性質(zhì)有效地拓展至整個三維空間。針對上述問題，四川大學(xué)傅強/吳凱團隊報道了一種膠原蛋白螺旋結(jié)構(gòu)啟發(fā)的“環(huán)氧樹脂/聚對苯撐苯并二惡唑纖維（PBO）塊材"，這種全有機材料第一次在面外和面內(nèi)方向同時實現(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械性能和電絕緣性能為代價。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，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的超高強度。此外，納米復(fù)合材料紙具有優(yōu)異的電絕緣性能，可達350℃以上，并具有優(yōu)良的阻燃性能。納米復(fù)合材料紙在5G基站和變壓器中表現(xiàn)出了較強的散熱能力，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隊在人體動脈脈搏壓電動力學(xué)方面取得新突破

近年來，便攜式可穿戴連續(xù)醫(yī)療監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展迅速，特別是可穿戴動脈脈搏監(jiān)測。在過去的半個世紀(jì)里，利用動脈脈搏波速度和脈搏過境時間的可穿戴連續(xù)血壓監(jiān)測已被廣泛研究。使用壓電晶體麥克風(fēng)的動脈脈搏波監(jiān)測在1941年被采用。此后，由于壓電傳感器本身具有良好的動態(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，由于時間同步誤差和位于至少兩個壓電傳感器的監(jiān)測中的傳感器距離誤差，基于此的血壓評估具有內(nèi)在的限制。所報道的動脈脈沖壓電反應(yīng)在不同的研究中基本不一致。因此，使用這種技術(shù)監(jiān)測血壓是有爭議的。為了開發(fā)準(zhǔn)確的可穿戴式連續(xù)血壓監(jiān)測，闡明動脈脈沖壓電反應(yīng)是非常重要和緊迫的。傳統(tǒng)上認(rèn)為壓電動脈脈搏波的動態(tài)與典型血壓波的動態(tài)相似。然而，實現(xiàn)基于動脈脈搏波的精確的連續(xù)血壓波監(jiān)測仍然具有挑戰(zhàn)性，因為壓電脈搏波和其相關(guān)的血壓波之間的相關(guān)性還不清楚。為了解決這個問題，上海交大楊斌、張文明教授團隊首先通過對這些動態(tài)的理論、模擬和實驗分析來闡明壓電脈搏波和血壓波之間的相關(guān)性。基于這種相關(guān)性，開發(fā)了一個無線可穿戴式連續(xù)血壓監(jiān)測系統(tǒng)，與基于多個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壓電傳感器實現(xiàn)無運動偽影的可穿戴式連續(xù)血壓監(jiān)測的可行性。這些發(fā)現(xiàn)消除了對動脈脈搏波壓電反應(yīng)的爭議，并有可能用于開發(fā)便攜式可穿戴連續(xù)血壓監(jiān)測裝置，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)電機實現(xiàn)紫外光能量收集！

太陽能因其、取之不盡等優(yōu)點被認(rèn)為是的可持續(xù)清潔能源。在過去的幾十年中，一系列相變儲能材料和太陽能電池取得了無數(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)體可以分別通過的外部光電效應(yīng)和內(nèi)部光伏效應(yīng)將太陽能轉(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法檢測到光電效應(yīng)。云南大學(xué)王繼亮副教授、包黎霞副教授等人報道了一種通過光機電（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PME效應(yīng)實現(xiàn)光誘導(dǎo)感光鏈段的異構(gòu)化，并進一步產(chǎn)生動態(tài)偶極子和等量但符號相反的電極感應(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（PME-NG）可以在紫外線照射下直接輸出交流電（高達5.8 V和247 μA），這意味著該PME-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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