发布时间：2018-09-21
近期，同济大学物理科学与工程学院，声子学与热能科学中心徐象繁研究员和周俊教授团队在National Science Review《国家科学评论》杂志上发表了一篇题为“Dimensional crossover of heat conduction in amorphous polyimide nanofibers”的学术论文: Nat. Sci. Rev. 5, 500-506 (2018)
高分子聚合物因其具有质轻、高延展性以及化学稳定性良好等优异的物理性质被普遍应用于日常生活之中。然而高分子聚合物在室温环境下具有极低的热导率（0.1-0.3Wm-1K-1），这使得高分子聚合物在散热以及热调控领域的应用受到了极大的限制。近年来，大量研究结果表明高分子聚合物以及其纳米复合材料有望作为热界面材料从而改善高密度集成芯片的散热问题。因此，开发和研究高热导率的高分子聚合物材料对于热界面材料的改进与发展具有极其重要的意义。在已有的报道中，通过调控非晶态高分子聚合物纳米纤维的直径大小可以有效控制分子链的取向和有序度。随着纳米纤维分子链的取向一致，纳米纤维的热导率实现了至少一个数量级的极高增长。虽然实验上已经观测到了非晶高分子聚合物纳米纤维的高热导率，但是对于非晶高分子聚合物纳米纤维的传热机理研究却鲜少有闻。目前已有的扩散子传热、最小热导率模型以及声子辅助跃迁模型都是基于无机非晶材料建立起来的传热理论模型，对于高分子聚合物体系并不完全适用，因此非晶高分子聚合物材料的传热机理研究已显得尤为重要。
徐象繁研究员课题组与周俊教授课题组合作完成了对非晶态聚酰亚胺纳米纤维高热导率的传热机理的研究工作。首次在非晶态聚酰亚胺纳米纤维体系中观测到了传热机制从三维块材行为到一维纳米纤维行为的转变（图1(a)）。实验中采用静电纺丝技术制备了直径范围在31nm至167nm内的聚酰亚胺纳米纤维，表征了单根纳米纤维热导率随温度变化的依赖关系以及热导率随直径变化的依赖关系。在此研究中，首次提出了一种基于随机行走理论的理论模型，同时考虑了聚酰亚胺纳米纤维内部分子链内与链间的跳跃模式对声子传热的影响。该理论模型已证实能够很好的解释高分子聚合物纳米纤维热导率随直径变化的依赖关系（图1(b)），并有期继续发展成为非晶态高分子聚合物传热理论发展之路上的重要工作。
该成果已于2018年7月正式发表于National Science Review网站上，文章第一作者是同济大学物理科学与工程学院，声子学与热能科学中心的博士生董岚，共同一作是同中心的博士生席晴。徐象繁研究员(xuxiangfan@tongji.edu.cn)和周俊教授(zhoujunzhou@tongji.edu.cn)分别负责该工作的实验和理论部分。
该工作在基金委自然科学基金（基金号：11674245 & 11334007 & 11505128），上海市东方学者（基金号：TP2014012），上海市科委（基金号：17142202100 & 17ZR1447900）及同济大学“领航特聘研究员计划”启动资金支持下完成。
