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化学学院郑治坤教授课题组在聚合物导热方面取得新进展


稿件来源:化学学院 | 编辑:谈荣钰、王冬梅 | 发布日期:2021-03-26 | 阅读次数:


       聚合物一直存在并持续改善着我们的生活,仅人工聚合物的世界年均产量即达约3亿吨。根据Hermann Staudinger的定义,聚合物是由许多相同的小分子通过共价键连接而成的大分子。自1935年开始,科学家就致力于将聚合物的结构从线性(一维)拓展到平面(二维)重复单元,即制备二维聚合物。但直到2004年石墨烯问世以前,科学家均未得到结构规整的二维聚合物。无机二维聚合物石墨烯的发现重新激发了科学家研究有机二维聚合物的兴趣。

       近年来,我校化学学院郑治坤教授课题组围绕有机二维聚合物的可控制备、结构和性能调控及应用探索,开展了系统研究工作。从分子/原子尺度上的结构设计出发,建立起了水相条件下有机二维聚合物的可控合成方法(Nat. Chem., 2019, 11, 994-1000),实现了对其聚集态结构和微观结构的精准调控,揭示了其聚合机理(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 6028 –6036),探索其功能应用,研究其结构与性能的关联及调控机制。

       在有机二维聚合物热导研究方面,针对传统聚合物受微观结构的无序性和宏观缺陷所限,声子散射严重,热导率低,多为热绝缘体的困境,利用二维聚合物结构规整度高,材料均匀性好,杂质和缺陷少的特质,实现高热导,揭示了二维聚合物结构与热导的内在关联。在近室温大气条件下获得了热导系数可达6.5 W m-1 K-1(不锈钢为14到16 W m-1 K-1)的二维聚合物膜,发现二维聚合物膜晶畴间界面热阻(Kapitza resistance)约为金刚石的1000倍,指出高度规整二维聚合物膜导热能力的提升主要归功于样品结晶度/纯度提高,晶界减少,总的接触和界面热阻降低,和声子-晶界和声子-界面散射减弱。

 

图1 二维聚合物COF SYSU-7(Sun Yat-sen University)的(左侧)高分辨电镜图和(右侧)热导性能图。

 

       相关研究成果近期发表在J. Am. Chem. Soc.上,题目为:“Nanoporous and Highly Thermal Conductive Thin Film of Single-Crystal Covalent Organic Frameworks Ribbons”,我校在读博士研究生谭方林和中国人民大学在读博士研究生韩烁为论文的共同第一作者,我校郑治坤教授、中国人民大学陈珊珊教授和德累斯顿工业大学戚浩远博士为通讯作者。

       上述研究得到了国家自然科学基金,广东省自然科学基金,和中国人民大学研究基金等经费的支持。同时得到了我校测试中心和上海同步辐射光源的支持。

 

       论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c13458

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