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          6. 用光控制聚合物的导热性

            作者:实验帮译 来源:sciencedaily 时光:2019-03-13 10:04 浏览:143 [投稿]
            研究人员设计并展示了一种新型聚合物,证清楚明了这类聚合物的导热系数可以由光控制。该聚合物原料具有按需传导热量的潜力,并可以或许采取新的、更智能的方法来治理热量。

            在一项新研究中,研究人员设计并展示了一种新型聚合物,证清楚明了这类聚合物的导热系数可以由光控制。该聚合物原料具有按需传导热量的潜力,并可以或许采取新的、更智能的方法来治理热量。


            图片来源:伊利诺伊大年夜学材料研究实验室

            在情况条件或可见光(图中左侧)下,聚合物是结晶的并且具有高导热性。 一旦裸露在紫外(UV)光(右侧),它就会改变成低导热率的液体。利用偏振威尼斯国际娱乐网站显微镜进行成像; 晶体看起来很亮,而液体很暗。插图显示了每种状况下结晶和液体聚合物的示意图。

            聚合物常常被用作热绝缘体,从保持饮料热度到保持敏感电子产品冷却。在某些情况下,聚合物乃至可以用作热导体,以实现有效的加热或冷却。

            在一项新的研究中,伊利诺伊大年夜学厄巴纳-喷鼻槟分校的研究人员设计并展示了一种新型聚合物,证清楚明了经过过程光的控制可让这类聚合物原料具有可切换导热系数。该材料具有按需传导热量的潜力,并可以或许采取新的、更智能的方法来治理热量。

            该研究成果揭橥在Proceedings of the National Academy of Sciences上。

            “聚合物广泛用于工程体系中,但这些材料几近一向被认为是热静电的。经过过程威尼斯国际娱乐网站激起聚合物,可以在热导态和绝缘态之间实现快速切换,这一发明将为热工程带来全新的机会。” 材料科学与工程(MatSE)传授兼伊利诺伊大年夜学材料研究实验室主任Paul Braun解释道。

            “据我们所知,这是在所有聚合物质估中初次不雅察到光激起的可逆的晶-液相变。这项研究中特别值得留意的发明是与相变相干的热导率快速、可逆的3倍的变更。”伊利诺伊大年夜学材料科学与工程的博士生Jungwoo Shin解释说。

            响应于光的照射,聚合物会展示出热物理特点。一种由伊利诺伊XX团队开辟的热开关聚合物展示出了对光照下聚合物的光物理特点的强有力的控制才能。这类才能来自光敏感份子偶氮苯,它可以被紫外线(UV)和可见光激起。

            “我们合成了一种具有功能化的光反响性偶氮苯基团的复合聚合物。经过过程紫外和可见光照射,我们可以改变偶氮苯基团的外形,调理链间键合强度并驱动晶体和液体之间的可逆改变,” 伊利诺伊大年夜学材料科学与工程的博士生Jaeuk Sung说。

            为了捕获偶氮苯聚合物在光照下的热导率改变,伊利诺伊的研究团队采取了一种由伊利诺伊材料科学与工程(MatSE)传授David Cahill开辟的被称为时域热反射(TDTR)的技巧。

            “在聚合物中传导热量的方法与振动模式的分散有关。在有序晶体中,这些振动模式比在无序液体中不雅察到的振动模式传播得更远。是以,聚合物的份子分列的极端变更可以明显改变导热系数,”David Cahill说。

            大年夜份子分列的这类极端变更,例如从晶体到液体,在天然界中是罕有的,并且之前没有报导任何聚合物体系能对光产生响应。是以,解开光激起相变的机制对知道聚合物的独特行动相当重要。

            “我们可以不雅察到,在光线照射下,这类材料敏捷从一种状况转换到另外一种状况,具有明显不合的热传导性能。我们利用基于同步加快器的X射线散射来解释转化过程当中与每种状况相干的构造。”伊利诺伊材料科学与工程(MatSE)传授Cecilia Leal弥补道。

            “电气设备的保暖与保持冷却一样重要。具有可切换导热性的材料可使电气体系即使在极端条件下也能保持安然、靠得住和高效。”支撑这项研究工作的美国国度科学基金会(NSF)援助的电热体系功率优化工程研究中间(POETS)主任Andrew Alleyne解释说,他也是伊利诺伊大年夜学机械科学与工程传授。

            “经过过程裸露在光线下快速切换聚合物热性质的才能为在份子程度上控制热传输和能量转换开辟了使人高兴的新门路,” 伊利诺伊材料科学与工程(MatSE)传授Nancy Sottos弥补道。

            这一发明为若何利用光来控制聚合物的导热性供给了一个鲜明的例子。更好地理解导热系数和大年夜份子排序之间的物理关系也有助于冲破传统聚合物的极限。

            原文链接: 

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