【儀表網 研發快訊】隨著信息技術的飛速發展，消費電子產品更新迭代速度加快，芯片的運算速度和集成度不斷攀升，由此帶來的過熱問題日益嚴峻。散熱不暢會導致芯片強制降頻、設備死機重啟，極大影響用戶體驗。高效的熱管理方案對保障電子產品的性能至關重要。近年來，基于鐵電聚合物充/放電過程中可逆的熵變實現熱量搬運的固態薄膜電制冷技術備受關注。該技術易于微型化集成，可直接嵌入芯片內部，通過施加外電場快速帶走芯片表面的熱量。與傳統的散熱器、風扇、液冷等被動散熱技術相比，固態薄膜電致冷具有零溫室效應潛能、系統緊湊、卡諾循環效率高、主動散熱、響應速度快等優勢，是未來芯片熱管理的理想選擇。
南京大學化學化工學院沈群東教授團隊在電制冷智能材料和電磁驅動機制的芯片冷卻設備原型方面開展工作(Nat. Commun. 2022, 13, 5849)。近日，該團隊提出了一種創新的電致冷薄膜材料的設計方案，首次將二維聚酰胺引入鐵電聚合物體系，通過二維材料獨特的多孔結構和氫鍵作用，在電致冷聚合物基體中構建了短程有序的多重極性構象。這一策略顯著降低分子間相互作用和電場驅動下構象轉變的能壘，使得復合薄膜在低驅動電場條件下的制冷效率提升一倍，單位功耗所能獲得的冷量COP達到20。優化后的電極設計實現了2毫米的垂直電致形變，證實了自驅動電制冷器件的可行性，解決了以往器件需要外驅動裝置，空間利用率低的問題。
二維聚酰胺2DPA與鐵電聚合物分子鏈的相互作用機制及電制冷效應增強。
團隊通過密度泛函理論計算和相場模擬，深入揭示了二維材料對電致冷聚合物微觀結構的調控機制。這項研究突破了空間限域對電制冷效率的制約，解決了柔性電子中散熱的難題，為芯片定點熱管理提供了新思路。該成果也對推動二維材料在電子、光電和儲能等領域的應用具有重要意義。
該工作以“Two dimensional confinement induced discontinuous chain transitions for augmented electrocaloric cooling”為題發表在《Nature Communications》雜志上。論文第一作者為博士生王芳，通訊作者為沈群東教授和上海交通大學楊天南教授；南京大學理論與計算化學研究所李偉教授、化學化工學院王曉亮教授、現代工程與應用科學學院楊玉榮教授參與了研究。該項研究得到了國家重點研發計劃“變革性技術關鍵科學問題”重點專項、國家自然科學基金、南京大學教育部集成攻關大平臺-揭榜掛帥項目、教育部工程研究中心等項目的資助。
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