Polymer nanoparticles to decrease thermal conductivity of phase change materials
包括石蜡在内的微粒目前用于纺织品涂层以减弱热冲击。我们将表明，聚合物纳米颗粒嵌入在这些微胶囊允许降低涂层的导热性，并提高在固定制度的保护。一个合理的体积分数的聚合物纳米粒子降低电导率比预测的麦克斯韦混合规则。此外，测试表明，聚合物纳米颗粒不影响潜热，甚至改善相变行为以及机械性能。
2007-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Machine Learning-Assisted Exploration of Thermally Conductive Polymers Based on High-Throughput Molecular Dynamics Simulations
发现具有更高导热性的无定形聚合物是重要的，因为它们在传热应用中无处不在。随着材料信息学的最新进展，机器学习方法越来越多地被用于寻找或设计具有所需特性的材料。然而，使用机器学习寻找导热聚合物的努力相对有限，主要是由于缺乏具有合理数据量的聚合物热导率数据库。在这项工作中，我们结合高通量分子动力学（MD）模拟和机器学习来探索具有相对较高热导率（> 0.300 W/m-K）的聚合物。我们首先从现有的PolyInfo数据库中随机选择365种聚合物，并使用MD模拟计算其热导率。然后使用这些数据训练机器学习回归模型，以量化结构-热导率关系，进一步利用该模型筛选PolyInfo数据库中热导率> 0.300 W/m-K的候选聚合物。最终确定了133种MD计算的热导率高于此阈值的聚合物。在不同的模拟条件下，选择具有宽范围热导率值的聚合物进行重新计算，并且发现热导率高于0.300 W/m-K的那些聚合物大多被计算以保持高于该阈值的值，尽管精确值有波动。还构建了一个分类模型，在预测导热系数高于或低于0.300 W/m-K的聚合物时，得到了与回归模型相似的结果。这项工作的策略和结果可能有助于自动化的高导热性聚合物的设计。
2021-09-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Exploring high thermal conductivity polymers via interpretable machine learning with physical descriptors
本研究提出一种基于可解释机器学习和物理特征工程的高通量筛选框架，通过分子动力学模拟数据和物理描述符预测聚合物热导率，发现了107种高热导率聚合物结构，并揭示了其微观物理机制。
2023-01-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Collective Excitonic Structure Governs Anomalously Weak Thermal Optical Dephasing in Conjugated Polymers
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；University of Houston（休斯顿大学）；Université de Montréal（蒙特利尔大学）
本研究利用二维电子光谱发现共轭聚合物中集体激子结构导致光学退相干温度依赖性异常微弱，且绝对线宽依赖于探测方式。
2026-09-09 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Thermal Expansion and Diffusion Coefficients of Carbon Nanotube-Polymer Composites
采用经典的分子动力学（MD）方法模拟了碳纳米管-聚乙烯复合材料的热膨胀和扩散特性。添加到聚合物基体中的碳纳米管被发现增加玻璃化转变温度Tg，和热膨胀和扩散系数的复合材料中的Tg以上。这些发现可能对CNT复合材料加工、涂层和油漆应用产生影响。
2002-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Superior effect of edge relative to basal plane functionalization of graphene in enhancing polymer-graphene nanocomposite thermal conductivity-A combined molecular dynamics and Greens functions study
为了实现聚合物石墨烯纳米复合材料的高热导率（k），通过有效的功能化方案实现石墨烯与其周围聚合物之间的有效热耦合是至关重要的。在这项工作中，我们证明了石墨烯纳米片（GNP）的边缘功能化可以使聚合物-石墨烯纳米复合材料的有效热导率相对于基面功能化有更大的提高。通过分子动力学模拟预测，对于35 wt.%，边缘情况下的有效热导率相对于基面结合高48石墨烯负载有10层厚的纳米片。这一独特的结果为实现高导热性聚合物材料开辟了有希望的新途径，这对于广泛的热管理技术至关重要。单层石墨烯中的热传输的各向异性导致与低的面外热导率（~10 W/mK）相比非常高的面内热导率（~2000 W/mK）。同样，在多层石墨烯纳米片（GNP）中，由于每对层之间的弱范德华键合，跨层的热导率甚至更低。边缘官能化将聚合物链耦合到石墨烯的高平面内热传导路径，从而导致高的整体高复合材料热导率。然而，基面官能化仅降低了聚合物与纳米片的表面石墨烯片之间的热阻，导致通过内层的热传导效率较低，从而导致基面方案优于边缘方案。本研究从根本上实现了实现高导热性聚合物复合材料的新途径。
2022-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
A review on the progress of polymer nanostructures with modulated morphologies and properties, using nonporous AAO templates
具有相同化学组成的聚合物可以通过减小尺寸或简单地通过改变其纳米结构来提供不同的性质。最近的文献报道了数百个例子的进展方法在聚合物纳米结构的制造完成以下不同的方法，软光刻，自组装路线，模板辅助的方法，等聚合物纳米结构的调制形态和性能可以很容易地实现从阳极氧化铝（AAO）模板辅助的方法。在过去的十年中，在AAO纳米腔中制造聚合物纳米结构引起了极大的兴趣，因为它允许控制和定制大量聚合物和聚合物基复合材料的尺寸。事实上，聚合物的尺寸可以调整允许的尺寸依赖性的性质的研究。此外，调制的聚合物纳米结构可以从AAO模板方法设计用于特定的应用。考虑到最后的考虑，本文综述了最近的和新的见解，在制造聚合物纳米结构的方法从硬质多孔阳极氧化铝（AAO）模板的重点是在纳米尺度上的聚合物结构/性能关系的研究，并强调在特定的应用中的潜在利益。
2017-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Significantly enhanced polymer thermal conductivity by confining effect through bilayer MoS2 Surfaces
本文对聚合物-MoS 2纳米复合材料中的纳米受限聚合物作为MoS 2-MoS 2层间分离的函数进行了模拟研究。我们实际上应用反向非平衡分子动力学模拟（RNEMD）研究聚酰胺低聚物的热导率，这是限制在二硫化钼双层膜。当聚合物链被MoS2片层限制时，聚合物的热导率可以显著提高，特别是对于带电表面，这种行为更明显。MoS 2表面的存在导致聚合物链的良好有序以及更密集的堆积，这是通过使用MoS 2表面限制而增加的聚合物网络中的λ。聚合物链的伸长以及它们平行于MoS 2表面的优先排列表明所考虑的纳米复合材料的聚合物域中的λ大于纯聚合物相中的λ。此外，我们的研究结果表明，在有限的聚合物链中的氢键（HB）的数量的组合效应所提到的结构修改和放大的HB值可能会协同有助于高聚合物的热导率，促进声子传输。这里报告的结果表明，一个显着的方式来设计约束聚合物-二硫化钼2复合材料的各种应用。
2021-08-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Nanostructured Polymer Films with Metal-like Thermal Conductivity
导热聚合物具有根本意义，并且也可以用于热管理应用。最近的研究表明，拉伸聚合物可以实现高导热性。然而，热在导热聚合物中的传输机制尚未阐明。在这里，我们报告了一种可扩展的聚乙烯薄膜的制造方法，具有62 W/m-K的高热导率。所实现的热导率比典型聚合物的热导率（~0.1 W/m-K）大两个数量级以上，并且超过用作传统导热体的许多金属和陶瓷的热导率。仔细的结构进行了研究，并揭示了该膜由纳米纤维与结晶和非晶区域。与传统观念相反，我们揭示了非晶形态在实现如此高的热导率中的重要性，而不是简单地从结晶度和微晶排列的增强。非晶相达到~16 W/m-K的显著高的热导率。即使如此，我们确定，这种非晶相的存在下是占主导地位的因素，因为薄膜的热导率仍然远低于预测值为散装单晶聚乙烯（237 K/m-K）。这项工作为导热聚合物的合理设计和合成奠定了基础，并为先进的热管理开辟了新的机会，特别是当需要灵活，轻质，化学惰性和电绝缘的热导体时。
2017-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Elimination of Extreme Boundary Scattering via Polymer Thermal Bridging in Silica Nanoparticle Packings: Implications for Thermal Management
我们对纳米晶系统中热传输的理解的最新进展负责将新技术集成到先进的能源系统中，包括热电制冷系统和可再生能源平台。然而，有一点了解的热能传输机制，管理无序纳米复合材料的热性能。在这项工作中，我们探讨了热传输机制在无序包装的无定形纳米粒子与和没有填充的间隙的聚合物，以量化的影响，在纳米粒子的边缘引入的热边界散射在一个已经无定形的系统和最小的热导率近似的上下文中。通过将修改的最小热导率模型拟合到从80 K到300 K的热导率的温度依赖性测量，我们发现间隙聚合物{ \it消除}无序纳米颗粒填充中的边界散射，这令人惊讶地导致无序纳米颗粒薄膜复合物的总热导率的{ \it增加}。这与我们对有效介质理论的预期和我们对最小导热系数极限的理解相反。相反，我们发现，一个僵硬的填隙材料提高了通过纳米粒子边界的热传输，提高无序纳米粒子包装的热性能。我们希望这些结果提供洞察无序固体，表现出已经低的热导率，通过使用纳米结构和振动热桥接的热性能的可调性。
2019-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Kinetic equations for thermal degradation of polymers
分析了聚合物热降解的动力学方程。支配关系是基于分裂-湮灭概念。这些方程的显式解推导出在两个特定的情况下的利益。对于任意值的可调参数，聚合物的数均和质均分子量的演变进行了数值分析。数值模拟结果与实验数据吻合较好。结果表明，该模型可以正确地预测观察在热重试验时，其参数由匹配的实验数据与曝光时间的分子量的减少。
2003-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Defects Vibrations Engineering for Enhancing Interfacial Thermal Transport
本研究通过设计含完美与缺陷填料的聚合物复合材料并结合实验与量子力学模型，发现缺陷能级的振动状态能促进振动共振耦合，从而增强异质界面热输运并提高复合材料热导率。
2023-10-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Unified Modeling and Experimental Realization of Electrical and Thermal Percolation in Polymer Composites
聚合物复合材料中的导电和导热之间的相关性是模糊的，由于复杂的贡献的电荷和热载体在纳米级交界处的填料颗粒。关于聚合物复合材料中热渗流的存在或缺乏的报道使其成为数十年来备受争议的主题。在这里，我们开发了一个广义的逾渗框架，描述了导电性和导热性在一个非常宽的范围内的填料-基质的电导率比（Y_f/Y_m），覆盖20个数量级。我们的统一理论提供了一个真正的分类的电导率与典型的Y_f/Y_m >= 10^10的绝缘体-导体渗流与标准的幂律行为，和热导率10^2<= Y_f/Y_m <= 10^4的不良-良好的导体渗流特征的两个普遍的临界指数。实验验证了我们的理论框架的普遍性和统一性的特点是通过构建一个三维隔离和良好的扩展网络的多壁碳纳米管在聚丙烯作为模型聚合物基体下精心设计的制造方法。我们研究了在我们制造的复合材料中的电导率和热导率的演变，在不同的加载水平高达5体积%。值得注意的是，我们发现一个超低的电渗流阈值在0.02体积%和创纪录的低的热渗流阈值在1.5体积%。我们还将我们的理论模型应用于文献中报道的23个独立的实验和数值数据集，其中包括350多个数据点，用于具有不同微观细节的系统，并表明所有崩溃到我们提出的通用标度函数上，这仅取决于维度。
2022-09-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermal breakage of a semiflexible polymer: Breakage profile and rate
理解波动引起的聚合物断裂对基础科学和应用科学具有重要意义。在这里，我第一次提出了一个半柔性聚合物模型的热断裂问题的分析处理是渐近精确的低温和高摩擦限制。具体来说，我提供的断裂倾向和率的分析表达式，并讨论了结果的一般性和它们与生物聚合物的相关性。
2014-10-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Exciton transport in amorphous polymers and the role of morphology and thermalisation
了解共轭聚合物中电子激发的传输机制是推进有机光电应用的关键，如太阳能电池，OLED和柔性电子。虽然结晶聚合物可以使用基于晶格周期性的固态技术进行研究，但无定形聚合物的表征受到无序的中间状态和相关的对称性缺乏的阻碍。为了克服这些障碍，我们使用一个简化的状态量子主方程方法的基础上的Merrifield激子形式主义。利用这个模型，我们研究了共轭聚合物中的激子输运及其对形态和温度的依赖性。激子动力学由热化过程组成，其特征取决于热能、电子耦合和无序的相对强度，从而导致显著不同的输运机制。通过应用这种方法的代表性系统的基础上，聚（对苯撑乙烯）（PPV），我们获得洞察的作用温度和无序的本地化，电荷分离，非平衡动力学，和实验的可及性的热平衡状态的激子在无定形聚合物。
2021-02-09 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Polymer Composites Informatics for Flammability, Thermal, Mechanical and Electrical Property Predictions
针对传统聚合物复合材料性能优化方法成本高且耗时的问题，研究构建了数据库与机器可读数据表示方案，训练并验证了15个性能的机器学习模型，首次将AI辅助设计扩展至该领域。
2024-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
In-situ microwave characterization of ferromagnetic microwires-filled polymer composites: a review
本文介绍了新兴的研究领域和相关的物理聚合物基复合材料使非晶铁磁微丝。在简要分析其物理基础的基础上，展示了它们的可调谐磁场和机械应力特性以及直流电对其微波行为的影响。所展示的多功能性强烈暗示了各种潜在的应用，如结构健康监测和高性能传感器。指出未来的挑战主要在于合理的微丝剪裁，以期提高微丝复合材料的微波性能
2014-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Active learning-enabled multi-objective design of thermally conductive and mechanically compliant polymers
University of Notre Dame（圣母大学）
本文提出基于多目标贝叶斯优化的主动学习框架，用于发现同时具有高热导率和低体积模量的聚合物，通过分子动力学模拟和主动学习减少数据稀缺性，提供多功能聚合物设计的可行方案。
2026-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Thermally expanded graphite polyetherimide composite with superior electrical and thermal conductivity
热膨胀石墨（EG）聚合物复合材料具有成本低、电性能和热性能优异等优点，在现代热电子工业中具有很大的应用潜力。在这项研究中，我们报告了膨胀石墨聚醚酰亚胺（EG/PEID）复合材料已通过简单的溶液混合技术，增强低成本的EG填料到主体聚合物基体，聚醚酰亚胺（PEID）。该技术能够将3D石墨填料包含到聚合物基体中，保留膨胀石墨的蠕虫结构，从而在整个复合材料中形成连续的网络。结果表明，当EG含量为10wt%时，聚合物的电导率提高了约19个数量级，达到969 S/m。采用有效介质法的理论预测揭示了不完全导电界面和界面隧穿对复合材料电导率的影响。我们还报道了10wt%EG填料组合物复合材料表现出7.3W/mK的热导率（k）值，这意味着与纯PEID相比显著提高了30 - 70%。扫描电子显微镜（SEM）显示了填料和复合材料的形态，揭示了EG的保留结构，以发展聚合物和填料之间的导电通路。采用拉曼光谱、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱学（XPS）等分析方法研究了热膨胀前后EG填料的结构特性。总之，已经证明了溶液混合的简单制造路线可以实现出色的导电和导热EG/PEID复合材料，而不会损害EG填料结构的效率。膨胀石墨基聚合物复合材料在热能和电子工业中具有广泛的应用前景。
2022-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
AI-assisted inverse design of sequence-ordered high intrinsic thermal conductivity polymers
本文提出AI辅助逆向设计工作流程，结合深度神经网络与多目标优化算法U-NSGA-III和qNEHVI，从1144种聚合物数据中设计序列有序的高热导率聚合物，并通过分子动力学模拟验证了方法的有效性。
2024-02-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Effects of Functionalization on Thermal Properties of Single-Wall and Multi-Wall Carbon Nanotube - Polymer Nanocomposites
已知碳纳米管的羧基官能化（-COOH基团）改善其分散性质并增加碳纳米管-聚合物纳米复合材料的导电性。我们已经通过实验研究了这种类型的功能化对纳米复合材料的热导率的影响。结果发现，虽然即使少量的碳纳米管（~1重量%）可以提高导电性，但需要更大的负载分数（~3重量%）来提高纳米复合材料的导热性。功能化的多壁碳纳米管作为填料材料的表现最好，导致同时改善复合材料的电性能和热性能。单壁碳纳米管的功能化降低了热导率的提高。所观察到的趋势被解释的事实，而表面官能化增加碳纳米管和聚合物基体之间的耦合，它也导致形成的缺陷，这阻碍了声学声子在单壁碳纳米管的传输。所得结果对碳纳米管和石墨烯作为填料改善复合材料的热、电和机械性能具有重要意义。
2013-05-16 cond-mat.mtrl-sci
$\boldsymbol{Ab\ initio}$ search of polymer crystals with high thermal conductivity
研究了来自聚合物基因组文库的聚合物晶体子集的晶格热导率（LTC）以探索高LTC聚合物系统。采用第一性原理方法，结合密度泛函理论和三阶微扰理论计算了声子寿命，并求解了线性化的Boltzmann输运方程.典型的高LTC聚合物系统，聚乙烯（PE）晶体和纤维，进行了基准测试，这是合理的与以前的参考一致，验证我们的方法。然后，我们将其应用到不仅是典型的聚合物晶体，但也有一些选择的结构相似的PE。在后者晶体中，我们发现聚偏二氟乙烯（PVF- $β$）晶体的β相在低温下具有比PE更高的LTC。我们详细的模式分析表明，PVF- $β$的声子寿命更局部地分布在较低的频率模式和四倍以上的PE。通过简单的数据分析发现，LTC与能量-体积曲线的曲率有较好的相关性。该曲率将被用作进一步探索高LTC聚合物晶体的描述符，通过数据驱动的方法超越基于人类的方法。
2018-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Effect of graphene and carbon-nitride nanofillers on the thermal transport properties of polymer nanocomposites: A combined molecular dynamics and finite element study
聚合物的低导热性是常用复合材料结构的显著缺点之一，一直是许多研究人员关注的焦点，旨在通过在聚合物基体内包含高导热填料来实现高性能的聚合物基纳米复合材料。因此，在本研究中，一个多尺度计划使用非平衡分子动力学（NEMD）和有限元（FE）方法，探索不同的纳米尺寸的填料（碳氮化物和石墨烯）对聚乙烯基纳米复合材料的有效导热系数的影响。我们表明，在室温下使用反应性键级（REBO）原子间势的非晶聚乙烯的热导率是近0.36 - 0.05W/mK。此外，原子的结果预测，相比于C3 N和石墨烯纳米片，C2 N纳米膜呈现出更强的界面热导（ITC）与聚乙烯。此外，结果表明，在1%的恒定体积分数下，C2 N-聚乙烯、C3 N-聚乙烯和石墨烯-聚乙烯纳米复合材料的有效热导率值分别为约0.47、0.56和0.74 W/mK。换句话说，我们的模型的结果表明，填料的热导率是决定纳米复合材料的有效热导率的主导因素。
2021-06-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Effect of Covalent Functionalisation on Thermal Transport Across Graphene-Polymer Interfaces
本文研究了不同共价功能化石墨烯增强聚合物复合材料的界面热阻。通过使用分子动力学模拟，所获得的结果表明，在石墨烯中的共价官能化在降低石墨烯-石蜡界面热阻中起着重要作用。这种减少取决于官能团的覆盖范围和类型。在各种官能团中，丁基被发现是最有效的降低界面热阻，其次是甲基，苯基和甲酰基。考虑中的其他官能团，如羧基，羟基和胺被发现产生的界面热阻可以忽略不计的减少。对于层数最多为四层的多层石墨烯，界面热阻对层数不敏感。不同的官能团和层数对界面热阻的影响也阐述了使用的石墨烯和石蜡基质的振动态密度。本研究结果提供了有用的指导方针，在实际的热管理的功能化石墨烯的应用。
2015-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization and Thermal Entanglement of the Spin-1 Ising-Heisenberg Polymer Chain
我们建立了自旋为1的含Ni高分子链$[Ni (NN'-dmen) (μ-N_3)_2]$（$NN'-dmen$为$NN'-dimethylethylenediamine$）的可解Heisenberg-伊辛模型，该模型完全涵盖了材料的相互作用特性，并能表征该高分子的所有特殊磁性特征，这在实验中已得到部分研究.通过纯粹的分析计算，我们可以看到，在低于2 K的低温下，磁化强度在零、中间和3/4饱和值处呈现三个平台。清晰地显示出相应的磁化率特征峰。该模型还显示了热纠缠的平台，捕获热纠缠平台和磁化之间的一一对应关系。计算采用传递矩阵法。
2017-11-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Effect of morphology and defectiveness of graphene-related materials on the electrical and thermal conductivity of their polymer nanocomposites
在这项工作中，导电和导热的聚（对苯二甲酸丁二醇酯）纳米复合材料的锡基催化剂的存在下，通过原位开环聚合的环状对苯二甲酸丁二醇酯（CBT）。使用一种类型的石墨纳米片（GNP）和两种不同等级的还原氧化石墨烯（rGO）。此外，在真空下在1700°C下对两种RGO进行高温退火处理以减少它们的缺陷，并研究纳米复合材料的电/热性能与纳米片结构/缺陷之间的相关性。利用电子显微镜、X射线光电子能谱学、热重分析和拉曼光谱等手段对纳米材料的形貌和质量进行了研究。通过流变学、动态力学热分析、体积电阻率和热导率测量，研究了纳米复合材料的热性能、力学性能和电学性能。纳米复合材料的物理性能与纳米片的结构和缺陷相关，证明了纳米片的结构和缺陷对性能的强烈依赖性。特别地，在减少纳米片缺陷后，证明了热导率和电导率两者的显著增强。
2016-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Tuning thermal transport in highly cross-linked polymers by bond induced void engineering
调节热流对于先进功能材料的设计至关重要。在这里，聚合物是特别重要的，因为它们为能量传递提供了不同的途径。更具体地，两个共价键合的单体之间的热流比通过范德华力（vdW）相互作用的两个非键合的单体之间的热流快100倍以上。因此，这两种贡献之间的微妙平衡通常为聚合物材料的热传输系数k的可调性提供指导工具。传统的研究主要集中在线性高分子材料中的k值，近年来的研究也集中在高交联高分子材料中。在这项工作中，使用通用的分子动力学模拟，我们研究了影响HCP的k的因素。我们强调了交联键类型的重要性及其对网络微观结构的影响，旨在为k的可调谐性提供指导原则。虽然这些模拟结果进行了讨论，在现有的实验数据的背景下，我们也作出预测。
2020-12-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermal Roughening and Deroughening at Polymer Interfaces in Electrophoretic Deposition
本文用三维离散点阵蒙特卡罗模拟研究了聚合物链电泳沉积过程中界面宽度的热定标和弛豫。平衡界面宽度$W_r$随温度$T$的变化表明，在低温下，用$δ\sim 1/4$使$W_r \propto T^{-δ}$去粗糙化，在高温下，用$ν\sim 0.4$使$W_r \propto T^ν$粗糙化。粗化-去粗化转变温度$T_t$随着链长的增加而增加，并且通过使用较慢的链段动力学而降低。
2006-07-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Structure formation and thermal conduction in polymer-based composites obtained by fused filament fabrication
本研究通过金相学和激光闪光法分析了FFF打印聚合物基复合材料的结构形成与热传导性能，发现纤维取向和孔隙结构导致热扩散率呈现不同各向异性，且有效热扩散率与基体热扩散率成正比。
2023-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Bridging Machine Learning and Glassy Dynamics Theory for Predictive Polymer Modeling
本文提出将机器学习预测的玻璃化转变温度与简化热映射结合，以高效准确预测聚合物弛豫动力学，并改进低Tg聚合物的描述，推动理论指导的材料发现。
2025-07-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermalized buckling of extensible, semiflexible polymers
Harvard University（哈佛大学）；University of Michigan（密歇根大学）
本文研究了在有限温度下，可伸缩且半柔性的聚合物的屈曲现象，探讨了热波动与非线性弹性之间的相互作用如何改变压缩半柔聚合物的欧拉屈曲不稳定性，并识别出一个 Ginburg 类长度尺度，其中热激发的波动导致 Young 模量变软，而聚合物仍保持半柔性。
2026-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Extremely High Thermal Conductivity of Aligned Polyacetylene Predicted using First-Principles-Informed United-Atom Force Field
聚合物的分子模拟依赖于精确的力场来描述原子间的相互作用。在这项工作中，我们使用第一性原理密度泛函理论（DFT）计算参数化的聚乙炔（PA），一个共轭聚合物的潜在的高热导率的联合原子力场。对DFT中不同的电子相关泛函进行了测试。明确描述了共轭聚合物主链中交替的单键和双键的键合相互作用，并分别对II类非谐函数进行了参数化。键角和二面角的相互作用也是非谐的，并对DFT能量表面参数化。利用所建立的力场进行分子动力学（MD）模拟，计算了PA单链和不同模拟畴长的PA晶体的热导率。结果表明，PA分子链和晶体的热导率都很高，且具有长度依赖性。在790 nm处，它们各自的热导率值为~480 Wm-1 K-1和~320 Wm-1 K-1，这相对高于聚乙烯（PE）的热导率，聚乙烯是迄今为止测量的最导热的聚合物纤维。
2020-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Elasticity and thermal transport of commodity plastics
商品聚合物的应用经常受到其低导热性的阻碍。在这些系统中，从由弱范德华相互作用决定的标准聚合物到生物相容性氢键智能聚合物，热传输系数k在0.1 - 0.4 W/Km之间变化。结合全原子分子动力学模拟与一些实验，我们研究了热输运及其商品塑料的弹性响应的联系。我们发现，存在一个最大的可达到的刚度（或声波速度），从而提供了一个上限的k为这些固体聚合物。特定的化学结构和玻璃化转变温度在控制k中不起作用，特别是当微观相互作用是基于氢键时。我们的结果与最小热导率模型和现有的实验结果是一致的。还讨论了聚合物拉伸对k的影响。
2019-11-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Molecular Mechanisms of Polymer Crosslinking via Thermal Activation
本研究通过密度泛函理论计算阐明双双吖丙啶（BD）热活化交联聚合物的分子机制，证实其无需催化剂、低温高效、键选择性好且性能远优于传统交联剂DVB，为新一代通用C-H活化交联技术奠定理论基础。
2025-07-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Transient Grating Spectroscopy of Photocarrier Dynamics in Semiconducting Polymer Thin Films
虽然载流子动力学和热管理都是能源相关设备的运行效率和稳定性的关键，但仍然缺乏能够同时表征这两种特性的实验技术。本文利用激光诱导瞬态光栅（TG）光谱研究了典型有机半导体区域规整聚（3-己基噻吩）（P3 HT）及其与电子受体[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）共混物在玻璃衬底上的薄膜。虽然热响应被确定为主要由基板，我们表明，在有机半导体薄膜中的光生载流子的复合动力学发生在类似的时间尺度上，可以从热响应分离。我们的测量结果表明，光生载流子动力学是由多个复合过程，我们提取的复合率是在良好的协议与以前的报告使用其他技术。我们进一步应用TG光谱来表征另一种共轭聚合物和分子荧光材料，以证明其普遍适用性。我们的研究表明，瞬态光栅光谱同时表征有机光电子器件中的热输运和光生载流子动力学的潜力。
2020-10-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Self-organization of current channels percolation in polymer composite films with thermal nonlinearity of conductivity: comparison of experimental data and computer simulations
针对聚合物复合薄膜中电流（电导率）的异常变化问题，发展了数值方法，可用于电流、压力或温度传感器。一般的非线性模型包括热方程、绝缘复合层电阻率随温度的非线性关系、考虑脱氯化氢反应、导电体系共轭双键的出现以及全控制电路网络的欧姆定律。热传导方程平滑源函数波动的特性允许通过连续的小时间步长来求解非线性封闭系统并进行计算。作为数值计算的结果，我们成功地解释和模拟几乎所有以前似乎异常现象，包括自发跃迁的高导电状态，电导率跳跃与温度变化，样品厚度的依赖性，等等。
2014-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Comparative modeling studies of TSDC: investigation of Alpha-relaxation in Amorphous polymers
本文提出了一个利用偶极-偶极相互作用概念研究热激去极化电流（TSDC）峰值参数的模型。该模型成功地描述了（TSDC）峰，因为它除了偶极-偶极相互作用强度参数（di）外，还给出了一个重要的峰参数（即激活能（E）和每指数因子（τ_0））。应用该模型测定了聚氯乙烯（PVC）聚合物的峰参数。结果表明，该模型如何拟合实验热采样数据。最后，将结果与众所周知的技术进行了比较;除了Cowell和Woods分析外，还将初始上升法（IR）、半宽法（HW）进行了比较。
2010-04-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Microstructural control suppresses thermal activation of electron transport at room temperature in polymer transistors
最近的示范反转热激活的电荷迁移率在聚合物场效应晶体管激发了兴趣的运输制度不受热屏障。然而，仍然没有对限制利用这些制度的因素作出合理解释。提高对这一领域的认识对于开发新材料、建立加工指南和扩大应用范围至关重要。在这里，我们表明，精确处理的二酮基吡咯并吡咯-四氟苯为基础的电子传输共聚物的结果在单晶状和电压无关的迁移率与消失的活化能高于280 K。关键因素是单轴分子排列和在膜的熔融吸热温度内的热退火。实验和计算的证据汇聚到一个图片的电子被离域内的晶体域的大小增加。由无序区域引入的残余能量势垒在退火过程之后通过有序域的更有效的互连在分子对准的方向上被绕过。
2019-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Computing the thermal transport coefficient of neutral amorphous polymers using exact vibrational density of states: Comparison with experiments
本文针对经典模拟高估聚合物热导率的问题，提出两种基于精确振动态密度的半解析方法，使计算值与实验值定量一致。
2024-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nanocarbons derived from polymers for electrochemical energy conversion and storage - A review
现代社会的能源需求需要高效的能源转换和储存手段。纳米碳已被确定为结合了许多期望性质的通用材料，允许它们用于从电化学电容器到燃料电池的电化学电源。纳米碳的有效生产需要创新和可扩展的方法，这些方法允许调整其物理和化学性质。聚合物纳米结构的碳化已被证明是生产具有所需形态和可变表面化学性质的高性能纳米碳的有前途的方法。这些材料已成功地用作电化学电容器中的活性电极材料、电催化剂或催化剂载体。此外，这些材料通常作为复合电极材料的一部分，在提高材料性能方面发挥着非常重要的作用。在这篇文章中，我们将回顾聚合物衍生的纳米碳在电化学能量转换和存储应用领域的发展，涵盖了过去十年。主要重点将放在聚苯胺和聚吡咯，但碳衍生自其他聚合物也将提及。我们将强调纳米碳的物理和化学性质与其在电化学电源中的性能之间的联系，并试图为进一步开发具有改进性能的新材料提供一般指导。
2018-12-27 cond-mat.mtrl-sci
RadonPy: Automated Physical Property Calculation using All-atom Classical Molecular Dynamics Simulations for Polymer Informatics
数据驱动的材料研究的快速增长使得有必要开发系统设计的开放式材料特性数据库。然而，与其他材料系统（如无机晶体）相比，聚合物材料的开放数据库很少。为此，我们开发了RadonPy，这是世界上第一个用于全自动全原子经典分子动力学（MD）模拟的开源Python库。对于给定的聚合物重复单元，分子建模、平衡和非平衡MD计算以及性质计算的整个过程可以完全自动地进行。在这项研究中，15个不同的属性，包括导热系数，密度，比热容，热膨胀系数，和折射率，计算了超过1,000个独特的无定形聚合物。计算的性能进行了比较，并验证系统与实验值从PoLyInfo。在高通量数据生产过程中，确定了8种具有极高热导率（超过0.4 W/mK）的无定形聚合物，其中包括6种热导率未报告的聚合物。发现这些聚合物具有高密度的氢键单元或刚性主链。在RadonPy中实施的热传导分解分析揭示了产生无定形聚合物高热导率的潜在机制：通过聚合物链与其氢键单元之间的氢键和偶极-偶极相互作用或通过聚合物链之间的偶极-偶极相互作用进行传热。高刚性聚合物骨架的共价键。使用RadonPy创建大量计算性质数据将促进聚合物信息学的发展，类似于无机晶体的第一性原理计算数据库的出现如何显着推动新材料信息学的发展。
2022-03-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Smart polymer solution and thermal conductivity: How important is an exact polymer conformation?
本文通过通用模拟研究智能聚合物中热开关与聚合物构象的关系，发现溶剂-单体相互作用比精确构象对热导率切换更重要。
2024-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Molecular dynamics simulations of glassy polymers
我们回顾最近的结果，从计算机模拟研究的聚合物玻璃，从链动力学玻璃化转变温度Tg附近的机械行为低于Tg。这些结果清楚地表明，尽管在长度和时间尺度方面存在明显的限制，但现代计算机模拟能够解决该领域的一些重要问题并给出明确的答案。在本综述中，我们讨论了冷却速率的影响，和不同的弛豫过程的动态放缓时，接近Tg的模型和化学特定的聚合物玻璃。详细讨论了几何约束对玻璃化转变的影响。我们还表明，计算机模拟是非常有用的工具来研究玻璃态聚合物的结构和力学响应。综述了大变形对聚合物玻璃力学行为的影响，特别是应变硬化效应。最后，我们提出了一些未来研究的方向，我们相信这将很快在最先进的计算机模拟的能力，并对应于根本利益的问题。
2010-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structures in C60-Polymers (review)
研究了共轭条件和电子数改变时，C_（60）聚合物的能带结构的变化。我们使用一个半经验模型与Su-Schrieffer-Heeger型电子-声子相互作用。在中性一维C60聚合物中，电子结构在直接带隙绝缘体和金属之间变化，这取决于共轭程度。高压实验可以观察到这种压力诱导的金属-绝缘体转变。每个分子掺杂一个电子的C60聚合物总是金属。由于极化子效应，掺杂后中性体系的最高占据态和最低未占据态之间的能量差变小。当C60-聚合物每一个C60掺杂两个电子时，系统是绝缘的。当聚合物链方向上的共轭较小时，它是直接带隙绝缘体。当共轭较强时，能隙变为间接的。我们还研究了反铁磁相的AC 60使用紧束缚模型与长程库仑相互作用。该模型很好地描述了反铁磁性。与光电子能谱研究的比较表明，AC_（60）相费米能级附近的新带可以用一个能级极大地侵入中性体系的能隙来解释。这表明在掺杂的C_（60）聚合物中电子间的相互作用是重要的。
1996-04-17 chem-ph cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Laser-Induced Heating in Diamonds: Influence of Substrate Thermal Conductivity and Interfacial Polymer Layers
本研究系统探究了基底热导率与界面聚合物厚度对金刚石激光诱导加热的影响，发现低热导率基底和薄聚合物层显著增强局部加热，并通过仿真验证，为光学测温与量子传感的基底选择提供指导。
2025-10-16 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Temperature Effects in the thermal conductivity of aligned amorphous Polyethylene -- A molecular Dynamics study
通过分子动力学模拟，分析了链状取向非晶聚乙烯（PE）的热导率（k）与温度的关系。我们发现，在增加水平的取向，对应于一个峰值k的温度逐渐降低。未取向的PE在350 K处表现出k峰，而取向的PE在400%的施加应变下在100 K处表现出最大值。这种转变的峰值K到较低的温度，增加对齐的解释在交叉从无序到非谐性主导的声子输运在对齐的聚合物。这种交叉的证据是通过操纵聚合物结构中的无序并研究对应于峰k的温度变化来实现的。无序是通过改变势函数的二面角参数来修改的，允许改变反式和偏置变换的相对分数。这些结果揭示了取向聚合物中的基本热传输过程，并对聚合物材料在热管理技术中的低温应用具有重要意义。
2019-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of polymers: A simple matter where complexity matters
本文综述了聚合物及聚合物固体热导率的最新研究进展，重点讨论非晶态聚合物低热导率的限制、大分子工程实现热导率可调性的努力，并结合计算、理论与实验展望未来方向。
2024-09-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermal conductivity of commodity polymers under high pressures
CentraleSupélec, Université Paris–Saclay（中央苏佩莱克学院，巴黎萨克雷大学）；Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará（技术学院，塞阿拉联邦大学）；Quantum Matter Institute, University of British Columbia（量子物质研究所，不列颠哥伦比亚大学）；Department of Physics, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校物理系）；Institut für Theoretische Physik, George–August–Universität Göttingen（哥廷根大学理论物理研究所）
本研究通过分子动力学模拟和半解析方法，探讨了PMMA在高压下热导率的变化机制，发现非键合相互作用主导了聚合物的热传导过程。
2025-11-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Extremely High Thermal Conductivity of Aligned Bulk Carbon Nanotube-Polyethylene Composites
本体聚合物的差的导热性可以通过将它们与高导热性材料如碳纳米管组合来增强。通过非平衡分子动力学模拟，发现定向碳纳米管-聚乙烯复合材料（ACPC）具有高的热导率。分析表明，这种排列结构不仅可以利用碳纳米管的高导热性，而且可以提高聚乙烯（PE）链的导热性。我们的预测可能会激发制造对齐的聚合物基复合材料的各种应用。
2015-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Tuning morphology and thermal transport of asymmetric smart polymer blends by macromolecular engineering
设计高分子材料的一个巨大挑战是通过大分子工程来调节它们的性能。在这种情况下，通常限制在高温条件下更广泛应用的缺点之一是它们差的导热性$κ$。利用分子动力学模拟，我们建立了氢键聚合物共混物的结构-性能关系，为可能的改进$κ$。为此，我们研究了两个实验相关的氢键系统-一个系统由短的聚（{N}-丙烯酰哌啶）（PAP）与长链的聚（丙烯酸）（PAA）的混合物和第二个系统是PAA和短的聚（丙烯酰胺）（PAM）链的混合物。模拟结果表明，PAA-PAP共混物在PAP单体摩尔分数$ϕ_{PAP}$的整个范围内都处于相分离的起始点，对于$ϕ_{PAP} > 0.3$，相分离甚至加剧。虽然PAA和PAP以优先氢键相互作用，但相分离是由PAP的疏水侧基之间的主导范德华吸引力引发的。然而，如果用PAM代替PAP，其具有与PAP相似的化学结构，但没有疏水侧基，则PAA-PAM共混物显示出大大改善的溶解性。PAA和PAM之间的优先氢键作用使其具有较好的溶解性。因此，PAM低聚物充当PAA链之间的交联桥，导致三维高度交联的网络。虽然PAA-PAP共混物的$κ$与$ϕ_{PAP}$几乎保持不变，但PAA-PAM体系显示出随着PAM浓度的增加以及相对于PAA-PAP共混物的改进的$κ$。与无定形聚合物热输运的理论预测一致，我们表明$κ$与材料刚度成正比，即，PAA-PAM共混物的体积模量K和声速v。
2019-07-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermal and electrical characterization of poly(vinyl)alcohol)/poly(vinylidene fluoride) blends reinforced with nano-grapheneplatelets
纳米石墨烯/聚合物复合材料在其电导率逾渗阈值附近的浓度下可以用作压力诱导的电开关。在临界点附近，电子隧穿通过分隔纳米石墨烯的聚合物势垒的压力依赖性是隧穿长度的缩短和聚合物极化率的增加之间的竞争的结果。这种开关行为最近在聚乙烯醇（PVA）负载纳米石墨烯片（NGP）中观察到。在这项工作中，聚乙烯醇与h α-聚（偏氟乙烯）（PVdF）和NGP共混。同轴机械应力和电场使纳米复合材料具有压电性。我们研究了聚合物基体的非均匀性、热性能、相变和动力学过程对浇铸试样宏观电导率和界面极化的影响。此外，还比较研究了PVdF颗粒的电活性对其电性能和热性能的影响。宽带介电谱用于解析和检测电子输运和电子俘获的热转变和动力学过程。在BDS扫描期间施加的谐波电场诱导电活性PVdF颗粒的体积改变，而PVdF颗粒的电活性可以干扰释放（或束缚）电的内部电场。直流电导率和介电弛豫被发现表现出弱的依赖性。
2021-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Systematic coarse-graining of the dynamics of entangled polymer melts: the road from chemistry to rheology
为了优化缠结聚合物材料的加工和设计，重要的是在聚合物的详细分子组成和宏观熔体的粘弹性之间建立严格的联系。我们回顾当前和过去的计算机模拟技术，并严格评估他们的能力，提供这样的化学和流变学之间的联系。我们区分两类粗粒化水平，我们称之为粗粒分子动力学（CGMD）和粗粒随机动力学（CGSD）。在CGMD中，粗粒珠仍然相对较硬，因此自动防止键交叉。这也意味着可以聚集在一起的原子数量的上限，因此可以研究的最长链长度。为了达到更高程度的粗粒化，在CGSD中，更多的原子聚集在一起，导致相对较软的珠子。在这种情况下，摩擦力和随机力主导着相互作用，必须采取措施防止键交叉。我们还审查了替代方法，利用高分子动力学的管模型，通过原始路径分析和原始链网络的模拟获得的纠缠特性。最后，我们审查超粗粒的方法，其中整个聚合物是由一个单一的粒子，并评论的方式，包括记忆效应和瞬态力。
2011-03-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Polymer-Fullerene Bulk Heterojunction Solar Cells
有机太阳能电池是一种低成本、高效率的太阳能转换器，具有良好的能量平衡性。它们由碳基半导体制成，具有良好的光吸收和电荷产生特性，并且可以通过低温工艺制造，例如使用溶剂型油墨印刷，这些油墨与柔性塑料基板甚至纸张兼容。在这篇综述中，我们将概述有机太阳能电池的物理功能，其最先进的性能和局限性，以及实现更好的材料稳定性和更高的功率转换效率的新概念。我们亦会因应市场的潜力，简要检讨有关工序及成本。
2010-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Determining Microscopic Viscoelasticity in Flexible and Semiflexible Polymer Networks from Thermal Fluctuations
我们已经开发出一种新的技术来测量软材料，如聚合物溶液中的粘弹性，通过监测嵌入的探针粒子的热波动，在显微镜中使用激光干涉测量。干涉测量使我们能够获得波动珠从0.1 Hz到20 kHz的功率谱，并具有亚纳米的空间分辨率。使用线性响应理论，我们确定了频率依赖性损耗和存储剪切模量高达kHz的顺序上的频率。我们的技术措施的粘弹性响应的局部值，而不积极应变的系统，特别适合于软生物聚合物网络。我们研究了半柔性的F-肌动蛋白的解决方案，作为对照，灵活的聚丙烯酰胺（PAAm）凝胶，后者接近其凝胶化阈值。对于小颗粒，我们可以探测从宏观粘弹性到更复杂的微观动力学的转变。在宏观极限下，我们发现1和2 mg/ml肌动蛋白溶液在0.1 Hz时的剪切模量分别为G '= 0.11 +/- 0.03 Pa和0.17 +/- 0.07 Pa，接近弹性平台的开始，并且在更高频率下的标度行为与G（ω）一致，为ω ^（3/4）。对于聚丙烯酰胺，我们测量的平台模量分别为2.0，24，100和280帕的交联凝胶的2%，2.5%，3%和5%的浓度（重量/体积），在协议内的两个因素，从传统的流变学获得的值。我们还发现了G（ω）的标度为ω^（1/2）的证据，与柔性聚合物的劳斯模型的预测一致。
1997-09-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
