近期電介質(zhi)領域(yu)研究成果(guo)匯總

四(si)川(chuan)大學傅強/吳凱團(tuan)隊《Adv. Mater.》：全(quan)有(you)機(ji)聚合物(wu)的多(duo)層次(ci)結(jie)構與(yu)三維空間(jian)7-10W/mK的高(gao)導(dao)熱性(xing)質(zhi)

有(you)機(ji)聚合物(wu)通(tong)常(chang)由(you)無(wu)規線(xian)團似(si)的共(gong)價大分(fen)子(zi)堆砌(qi)而成，電導(dao)率低(di)而聲(sheng)子平均(jun)自(zi)由(you)程(cheng)小(xiao)，在過(guo)去(qu)都被(bei)認為是熱(re)的不(bu)良(liang)導(dao)體，如(ru)常(chang)見的塑(su)料、橡(xiang)膠和(he)纖維的導(dao)熱系數(shu)都在0.1 W/m K的量(liang)級。而在壹(yi)些(xie)取向(xiang)的薄膜(mo)和纖維中，科(ke)研人(ren)員(yuan)已(yi)經(jing)觀察(cha)到(dao)了(le)壹些聚合物(wu)的高(gao)導(dao)熱性(xing)質(zhi)和顯著增(zeng)大的聲(sheng)子平均(jun)自(zi)由(you)程(cheng)，如聚乙烯(xi)納(na)米纖維的縱(zong)向導(dao)熱系數(shu)高達100 W/m K、聚乙烯(xi)薄膜(mo)拉伸方向的導(dao)熱系數(shu)有(you)62 W/m K，其(qi)聲(sheng)子的平均(jun)自(zi)由(you)程(cheng)甚至(zhi)比(bi)聚乙烯(xi)的晶體尺寸還要(yao)大。目(mu)前(qian)，科(ke)研人(ren)員(yuan)對(dui)上述聚合物(wu)的高(gao)效熱(re)輸(shu)運(yun)提出(chu)了兩(liang)種(zhong)相互(hu)矛盾的解(jie)釋(shi)：（1）是晶區含(han)量(liang)的增(zeng)加和(he)/或尺(chi)寸的擴(kuo)大增(zeng)強了(le)聚合物(wu)的熱(re)傳(chuan)導(dao)；（2）除晶區之(zhi)外(wai)，無定(ding)形區域(yu)取向(xiang)時(shi)逐(zhu)漸(jian)演(yan)化的高(gao)導(dao)熱性(xing)質(zhi)增(zeng)強了(le)聚合物(wu)的熱(re)傳(chuan)導(dao)，例如(ru)Xu等人(ren)通過(guo)經(jing)典(dian)的壹(yi)維模型計算出(chu)超倍拉伸的PE薄膜(mo)內(nei)無(wu)定(ding)形區域(yu)的導(dao)熱系數(shu)達到了(le)16 W/m K（Nat. Commun. 2019, 10, 1）。可見，聚合物(wu)的導(dao)熱性(xing)質(zhi)需(xu)要(yao)進壹(yi)步(bu)的實(shi)驗支(zhi)撐(cheng)和合理(li)解(jie)釋(shi)。除此(ci)之(zhi)外(wai)，在實(shi)際應用(yong)過(guo)程中，人(ren)們更希(xi)望材料(liao)在三(san)維空間(jian)任(ren)意(yi)方向都是(shi)導(dao)熱的，這(zhe)樣可(ke)以讓其適(shi)應(ying)各種(zhong)熱源(yuan)形式（平面熱源(yuan)、局部(bu)熱(re)源(yuan)、點(dian)熱(re)源(yuan)等）。然而到(dao)目(mu)前(qian)為止，通(tong)過(guo)傳(chuan)統的加(jia)工/制(zhi)備方法，人(ren)們還(hai)未(wei)將(jiang)全(quan)有(you)機(ji)聚合物(wu)這(zhe)種(zhong)低(di)維方向的導(dao)熱性(xing)質(zhi)有(you)效(xiao)地(di)拓(tuo)展至(zhi)整(zheng)個(ge)三維空間(jian)。針(zhen)對上述問(wen)題，四(si)川(chuan)大學傅強/吳凱團隊(dui)報道了壹種(zhong)膠原(yuan)蛋白(bai)螺旋(xuan)結(jie)構啟發(fa)的“環氧樹脂/聚對苯(ben)撐(cheng)苯並二(er)惡唑(zuo)纖維（PBO）塊(kuai)材"，這(zhe)種(zhong)全有(you)機(ji)材料第壹次(ci)在面(mian)外(wai)和面(mian)內(nei)方向同(tong)時(shi)實(shi)現了7 W/m K以上的高(gao)導(dao)熱系數(shu)，如面(mian)外方向的導(dao)熱系數(shu)為10.85 W/m K、面內(nei)方向的導(dao)熱系數(shu)為7.15 W/m K。相關(guan)研究成果(guo)在線(xian)發表(biao)於期刊(kan)Advanced Materials。

上海交通大(da)學黃興(xing)溢教授《ACS Nano》：導(dao)熱、電絕(jue)緣PBO納(na)米纖維/氮化硼納(na)米片(pian)復合(he)紙

隨著(zhe)5G設(she)備和高(gao)功率密(mi)度電子器(qi)件的快速(su)發展，對導(dao)熱材(cai)料(liao)提出(chu)了更加(jia)迫(po)切和更高(gao)的要(yao)求。介(jie)電聚合物(wu)復合(he)材料的電絕(jue)緣性(xing)能(neng)、機(ji)械(xie)性(xing)能(neng)、熱(re)穩定(ding)性(xing)甚(shen)至(zhi)防(fang)火(huo)性(xing)能(neng)在電氣和(he)電子領域(yu)具有(you)重要(yao)的應(ying)用(yong)價值(zhi)，因(yin)此(ci)具有(you)廣(guang)闊的應(ying)用(yong)前(qian)景(jing)。然(ran)而，目(mu)前(qian)介(jie)電聚合物(wu)復合(he)材料導(dao)熱性(xing)能(neng)的提(ti)高往(wang)往(wang)以降(jiang)低(di)機械(xie)性(xing)能(neng)和(he)電絕(jue)緣性(xing)能(neng)為代(dai)價。近日，上海交通大(da)學黃興(xing)溢教授課題組采用(yong)溶(rong)膠-凝(ning)膠(jiao)-薄膜(mo)轉換(huan)方法，制(zhi)備了(le)壹種(zhong)高導(dao)熱且(qie)電絕(jue)緣的具有(you)仿珍珠母(mu)微結(jie)構的聚對苯(ben)撐(cheng)苯並二(er)惡唑(zuo)納米纖維/氮化硼納(na)米片(pian)（PBONF/BNNS）納米復合(he)材料紙(zhi)。當BNNSs含(han)量(liang)為10 wt%時(shi)，納(na)米復合(he)材料紙(zhi)的面(mian)內(nei)熱(re)導(dao)率為21.34 W m^-1 K^-1，並具有(you)206 MPa的超高強度。此(ci)外(wai)，納米復合(he)材料紙(zhi)具有(you)優(you)異(yi)的電絕(jue)緣性(xing)能(neng)，可(ke)達350℃以上，並具有(you)優(you)良(liang)的阻(zu)燃(ran)性(xing)能(neng)。納(na)米復合(he)材料紙(zhi)在5G基站(zhan)和變(bian)壓器(qi)中表現出(chu)了較強的散(san)熱能(neng)力，在高(gao)功(gong)率密(mi)度電氣設(she)備和電子器(qi)件中具有(you)廣(guang)泛(fan)的應(ying)用(yong)潛力。相關工作以“Thermally Conductive but Electrically Insulating Polybenzazole Nanofiber/Boron Nitride Nanosheets Nanocomposite Paper for Heat Dissipation of 5G Base Stations and Transformers"為題發(fa)表在《ACS Nano》上(shang)。

海交大張(zhang)文明(ming)教授團隊(dui)在人(ren)體動(dong)脈(mai)脈(mai)搏(bo)壓電動(dong)力學方面取得(de)新突(tu)破(po)

近(jin)年(nian)來，便攜(xie)式(shi)可(ke)穿(chuan)戴(dai)連(lian)續(xu)醫(yi)療監(jian)測系統發展迅速(su)，特別(bie)是(shi)可(ke)穿(chuan)戴(dai)動(dong)脈(mai)脈(mai)搏(bo)監測。在過(guo)去(qu)的半(ban)個世(shi)紀裏，利(li)用(yong)動(dong)脈(mai)脈(mai)搏(bo)波速(su)度和(he)脈(mai)搏(bo)過(guo)境時(shi)間(jian)的可(ke)穿(chuan)戴(dai)連(lian)續(xu)血(xue)壓監測已(yi)被(bei)廣泛(fan)研究。使(shi)用(yong)壓(ya)電晶體麥克風的動(dong)脈(mai)脈(mai)搏(bo)波監(jian)測在1941年(nian)被采(cai)用(yong)。此(ci)後(hou)，由(you)於(yu)壓電傳(chuan)感器(qi)本(ben)身(shen)具有(you)良(liang)好的動(dong)態響應特性(xing)和(he)高保真(zhen)度，使(shi)用(yong)壓(ya)電傳(chuan)感器(qi)引起(qi)了(le)廣泛(fan)的關(guan)註(zhu)。然(ran)而，由(you)於(yu)時(shi)間(jian)同(tong)步誤(wu)差和位(wei)於至(zhi)少(shao)兩(liang)個壓(ya)電傳(chuan)感器(qi)的監(jian)測中的傳(chuan)感器(qi)距(ju)離(li)誤(wu)差，基於(yu)此(ci)的血(xue)壓評(ping)估具有(you)內(nei)在的限(xian)制(zhi)。所報(bao)道的動(dong)脈(mai)脈(mai)沖壓電反應(ying)在不(bu)同(tong)的研究中基本(ben)不壹(yi)致。因(yin)此(ci)，使(shi)用(yong)這(zhe)種(zhong)技術(shu)監測血壓是有(you)爭議的。為了開(kai)發準確的可(ke)穿(chuan)戴(dai)式(shi)連續(xu)血(xue)壓監測，闡(chan)明動(dong)脈(mai)脈(mai)沖壓電反應(ying)是非(fei)常(chang)重要(yao)和緊迫(po)的。傳(chuan)統上認(ren)為壓電動(dong)脈(mai)脈(mai)搏(bo)波的動(dong)態與(yu)典(dian)型血(xue)壓波的動(dong)態相似。然而，實(shi)現基於(yu)動(dong)脈(mai)脈(mai)搏(bo)波的精(jing)確的連(lian)續(xu)血(xue)壓波監測仍然具有(you)挑(tiao)戰(zhan)性(xing)，因(yin)為壓電脈(mai)搏(bo)波和(he)其相(xiang)關的血(xue)壓波(bo)之(zhi)間(jian)的相(xiang)關性(xing)還(hai)不清(qing)楚(chu)。為了解(jie)決這(zhe)個問(wen)題，上(shang)海交大楊斌(bin)、張(zhang)文明(ming)教授團隊(dui)首先(xian)通(tong)過(guo)對這(zhe)些動(dong)態的理(li)論、模擬(ni)和實驗分(fen)析(xi)來(lai)闡(chan)明壓(ya)電脈(mai)搏(bo)波和(he)血壓(ya)波之(zhi)間(jian)的相(xiang)關性(xing)。基於(yu)這(zhe)種(zhong)相關(guan)性(xing)，開(kai)發了(le)壹(yi)個(ge)無線(xian)可穿(chuan)戴(dai)式(shi)連續(xu)血(xue)壓監測系統，與(yu)基於(yu)多個(ge)傳(chuan)感器(qi)之(zhi)間(jian)脈(mai)搏(bo)波速(su)度的傳(chuan)統系統相比(bi)，具有(you)更好的便攜(xie)性(xing)。他(ta)們探索了(le)使(shi)用(yong)單(dan)個(ge)壓(ya)電傳(chuan)感器(qi)實(shi)現無運(yun)動(dong)偽(wei)影的可(ke)穿(chuan)戴(dai)式(shi)連續(xu)血(xue)壓監測的可(ke)行性(xing)。這(zhe)些發(fa)現消除(chu)了對(dui)動(dong)脈(mai)脈(mai)搏(bo)波壓(ya)電反應(ying)的爭議，並(bing)有(you)可(ke)能(neng)用(yong)於(yu)開(kai)發便攜(xie)式(shi)可(ke)穿(chuan)戴(dai)連(lian)續(xu)血(xue)壓監測裝置(zhi)，用(yong)於(yu)高(gao)血(xue)壓的早(zao)期預(yu)防(fang)和(he)日常(chang)控制(zhi)。相關(guan)研究以“Piezoelectric Dynamics of Arterial Pulse for Wearable Continuous Blood Pressure Monitoring"為題發(fa)表在Advanced Materials期刊(kan)上(shang)。

雲(yun)南大學王(wang)繼(ji)亮/包(bao)黎霞《Matter》：基於(yu)絕(jue)緣共(gong)聚物的納(na)米發電機實(shi)現紫外(wai)光能(neng)量(liang)收(shou)集！

太(tai)陽能(neng)因(yin)其、取之(zhi)不(bu)盡等優點(dian)被(bei)認(ren)為是的可(ke)持續(xu)清(qing)潔能(neng)源(yuan)。在過(guo)去(qu)的幾(ji)十年(nian)中，壹系列(lie)相變儲能(neng)材(cai)料和太(tai)陽能(neng)電池取得(de)了無(wu)數(shu)突破(po)。得(de)益(yi)於(yu)金(jin)屬(shu)中的自(zi)由(you)電子以及光(guang)照(zhao)下半(ban)導(dao)體空(kong)穴(xue)和電子的重新分(fen)布(bu)，金(jin)屬(shu)和(he)半(ban)導(dao)體可(ke)以分(fen)別(bie)通(tong)過(guo)的外(wai)部光(guang)電效應(ying)和內(nei)部(bu)光(guang)伏效應(ying)將(jiang)太(tai)陽能(neng)轉化為電能(neng)。然(ran)而，由(you)於(yu)缺(que)乏(fa)自(zi)由(you)電子或(huo)在光(guang)照(zhao)下空(kong)穴(xue)和電子的重新分(fen)布(bu)，在電子絕(jue)緣聚合物(wu)中無法檢測到光電效應(ying)。雲南(nan)大(da)學王(wang)繼(ji)亮副(fu)教授、包(bao)黎霞副教授等人(ren)報道(dao)了壹種(zhong)通過(guo)光機(ji)電（PME）效應(ying)有(you)效(xiao)地(di)將(jiang)紫(zi)外光能(neng)量(liang)轉化為電子絕(jue)緣共(gong)聚物電能(neng)的新(xin)策略(lve)。作者(zhe)將(jiang)功(gong)能(neng)性(xing)偶(ou)氮苯（AZO）和咪(mi)唑(zuo)離子(zi)液(ye)體(ti)（ILO）低(di)聚物分(fen)別(bie)用(yong)作光(guang)異(yi)構體和(he)偶極單(dan)元，通(tong)過(guo)PME效應(ying)實現光誘(you)導(dao)感光鏈段(duan)的異(yi)構化，並進壹(yi)步(bu)產生(sheng)動(dong)態偶極子(zi)和等量(liang)但符(fu)號相反的電極感應電荷。所構建(jian)的電子絕(jue)緣共(gong)聚物（AZO-co-ILO）基納(na)米發電機（PME-NG）可(ke)以在紫(zi)外(wai)線(xian)照(zhao)射(she)下直接輸(shu)出(chu)交流(liu)電（高達5.8 V和247 μA），這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)該(gai)PME-NG在自(zi)供電電子設(she)備中具有(you)廣(guang)泛(fan)的潛在應(ying)用(yong)。該(gai)研究以題為“Photomechaelectric nanogenerator"的論(lun)文發(fa)表在《Matter》上(shang)。

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