【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，消費(fèi)電子產(chǎn)品更新迭代速度加快，芯片的運(yùn)算速度和集成度不斷攀升，由此帶來的過熱問題日益嚴(yán)峻。散熱不暢會導(dǎo)致芯片強(qiáng)制降頻、設(shè)備死機(jī)重啟，極大影響用戶體驗(yàn)。高效的熱管理方案對保障電子產(chǎn)品的性能至關(guān)重要。近年來，基于鐵電聚合物充/放電過程中可逆的熵變實(shí)現(xiàn)熱量搬運(yùn)的固態(tài)薄膜電制冷技術(shù)備受關(guān)注。該技術(shù)易于微型化集成，可直接嵌入芯片內(nèi)部，通過施加外電場快速帶走芯片表面的熱量。與傳統(tǒng)的散熱器、風(fēng)扇、液冷等被動散熱技術(shù)相比，固態(tài)薄膜電致冷具有零溫室效應(yīng)潛能、系統(tǒng)緊湊、卡諾循環(huán)效率高、主動散熱、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢，是未來芯片熱管理的理想選擇。
 

　　南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院沈群東教授團(tuán)隊(duì)在電制冷智能材料和電磁驅(qū)動機(jī)制的芯片冷卻設(shè)備原型方面開展工作(Nat. Commun. 2022, 13, 5849)。近日，該團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新的電致冷薄膜材料的設(shè)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(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)和氫鍵作用，在電致冷聚合物基體中構(gòu)建了短程有序的多重極性構(gòu)象。這一策略顯著降低分子間相互作用和電場驅(qū)動下構(gòu)象轉(zhuǎn)變的能壘，使得復(fù)合薄膜在低驅(qū)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(dá)到20。優(yōu)化后的電極設(shè)計實(shí)現(xiàn)了2毫米的垂直電致形變，證實(shí)了自驅(qū)動電制冷器件的可行性，解決了以往器件需要外驅(qū)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(jī)制及電制冷效應(yīng)增強(qiáng)。
 

　　團(tuán)隊(duì)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(jié)構(gòu)的調(diào)控機(jī)制。這項(xiàng)研究突破了空間限域?qū)﹄娭评湫实闹萍s，解決了柔性電子中散熱的難題，為芯片定點(diǎn)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(lǐng)域的應(yīng)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(fā)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(xué)楊天南教授；南京大學(xué)理論與計算化學(xué)研究所李偉教授、化學(xué)化工學(xué)院王曉亮教授、現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院楊玉榮教授參與了研究。該項(xiàng)研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“變革性技術(shù)關(guān)鍵科學(xué)問題”重點(diǎn)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金、南京大學(xué)教育部集成攻關(guān)大平臺-揭榜掛帥項(xiàng)目、教育部工程研究中心等項(xiàng)目的資助。