瞿金平院士/卢翔副教授团队AFM: 用于电子器件智能热管理的可视化自调节制冷凝胶

近年来，随着5G技术和微纳制造技术的迅猛发展，电子产品的尺寸不断缩小，功能却不断增强。这种微型化和高度集成化的趋势导致热量在狭小空间内大量积聚，进而增加了设备的能耗，降低了效率，缩短了使用寿命。空气冷却、热电冷却和磁冷却等主动热管理技术虽然冷却性能强，但依赖于额外的控制系统，无法满足便携式、低能耗应用的需求。蒸发冷却、辐射冷却和相变冷却等被动热管理技术具有零能耗、控制系统简单、体积小巧等优势受到广泛关注。其中，自调节水凝胶因高含水量、高的潜热（2450 J/g）、绿色环保等优势被认为是实现电子设备被动热管理的有效工具。然而，目前多数研究主要集中在提高冷却效率和降低成本上，忽略了热管理材料失灵造成的热损失问题。因此，开发新型高性能热管理材料仍是材料工程的一个重大挑战。

近日，华中科技大学化学与化工学院瞿金平院士/卢翔副教授团队在Advanced Functional Materials(IF:19.924)上发表了题为“ Bioinspired Passive Cooling Hydrogel for Visualizing Hygroscopicity and Desorption Process” 的研究论文。在本文中，作者通过巧妙的分子设计以及聚合物网络调制，得到了一种具有可视化制冷过程、强黏附性能 (34.2 KP, 硅片)、高溶胀比（5.1 g/g）、强吸湿性能（2.05 g/g , 20 °C, 80% RH), 优异制冷性能（厚度为 0.3 mm 时最大温度降低 23.8 °C）的自吸湿凝胶。并且，在 140 小时的循环测试中，凝胶的热管理性能和荧光颜色的偏差均可忽略不计，证明了其持久可靠的热管理能力。总之，这项研究不仅为可视化电子器件持久散热材料的设计提供新思路，也为提高电子设备安全性和稳定性，促进高性能器件蓬勃发展奠定了良好基础。

本文要点：

1）在生物变色启发下，设计并制备了具有刺激响应特性的AIE分子。然后利用自由基聚合和盐溶液浸渍的方法获得了凝胶颜色随内部含水量变化而变化的PADAL凝胶。

2）分析PADAL凝胶的微观结构与宏观力学性能，建立PADAL凝胶内部含水量与荧光颜色间的变化关系，为量化凝胶的自吸湿、解吸行为奠定良好基础。

3）通过调控吸湿盐的含量，优化PADAL凝胶的吸湿和解吸行为。研究表明，PADAL具有较快的吸湿速率，优异的吸湿和稳定的解吸能力。并且在多次循环过程中，仍保持自调节行为的稳定性。

4）通过聚合物网络优化，PADAL凝胶具有优异的粘附特性，这有助于延长其制冷时间，增长材料的使用寿命。并且优异的粘附性有助于减少冷却材料与电子设备之间界面的热阻，提高冷却性能。

5）获得的具有自吸湿和解吸行为可视化的PADAL凝胶展现出较高且持久的可视化制冷性能。

论文第一作者为华中科技大学化学与化工学院2023级博士杨雅碧，论文通讯作者为华中科技大学化学与化工学院卢翔副教授和吉晓帆教授。该研究得到国家自然科学基金、华中科技大学自主创新基金以及广东省科技政策创新与战略计划的资助。

通讯作者简介：

卢翔，华中科技大学化学与化工学院副教授，主要研究领域为高分子材料的高性能化与功能化改性和高分子材料的成型与加工新方法、新理论。目前已以第一或通讯作者在Advanced Functional Materials, Advance, Science, Chemical Engineering Journal, ACS Applied Materials & Interfaces, Composites Science and Technology, Composites Part A, Composites Part B等具有重要影响力的国际刊物上发表SCI论文60余篇，主持承担国家重点研发计划课题，国家自然科学基金和中国博士后基金等项目4项。

论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202416776

来源：高分子科学前沿

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