Properties of graphene-related materials controlling thermal conductivity of their polymer nanocomposites
不同类型的石墨烯相关材料（GRM）是工业上可获得的，并且已经被开发用于聚合物中的热导率增强。这些包括在厚度、横向尺寸和组成方面具有非常不同特征的材料，特别是关于氧碳比和可能存在的表面功能化。由于GRM性能的可变性，聚合物纳米复合材料制备方法和所获得的微观结构的差异，在文献中发现导热性能的大的分散性。然而，基于GRM的纳米复合材料的功能，包括纳米片的厚度和尺寸，缺陷，成分和分散，与它们的热导率之间的详细的相关性仍然大多是不确定的。在本文中，GRM为基础的聚合物纳米复合材料，通过熔融聚合的环状聚对苯二甲酸丁二醇酯低聚物，利用13个不同的GRM等级，制备的热导率进行了研究。所选择的GRM，涵盖了广泛的比表面积，尺寸和缺陷，确保一个健全的基础，了解GRM性能的影响，其相关的聚合物纳米复合材料的热导率。实际上，所获得的热导率似乎取决于上述GRM特征之间的相互作用。特别地，发现低GRM缺陷和高填料渗滤密度的组合使纳米复合材料的热导率最大化。
2021-01-22 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
Thermal conductivity of polymers and polymer nanocomposites
聚合物因其功能多样、重量轻、成本低、化学稳定性好等特点，在工业和日常生活中得到了广泛的应用。然而，在热交换器和电子封装等应用中，聚合物的低导热性是主要的技术障碍之一。提高聚合物的导热性对于这些应用是重要的，并且在过去二十年中已经成为非常活跃的研究课题。在这篇评论文章中，我们的目标是：1）。从聚合物形态、链结构和链间耦合等方面系统总结了分子水平上对聚合物热传递机理的认识; 2）.强调了最近在提高纳米结构聚合物和聚合物纳米复合材料的导热性方面所做的努力的基本原理。最后，我们概述了高导热聚合物和聚合物纳米复合材料的主要进展，挑战和展望。
2018-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Accelerated Discovery of Crystalline Materials with Record Ultralow Lattice Thermal Conductivity via a Universal Descriptor
Northwestern Polytechnical University（西北工业大学）；CRISMAT, CNRS, Normandie Univ, ENSICAEN, UNICAEN（诺曼底大学，卡昂国立高等工程学院，法国国家科学研究中心材料研究化学实验室）；Thayer School of Engineering, Dartmouth College（达特茅斯学院塔克工程学院）；Institute Laue Langevin（朗之万研究所）；FZU - Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；ShanghaiTech Laboratory for Topological Physics & School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University（上海科技大学物理科学与技术学院拓扑物理实验室）；Université de Lorraine, CNRS, IJL（洛林大学，法国国家科学研究中心，界面与层析实验室）
通过通用描述符和高通量筛选发现具有极低热导率的晶体材料，结合实验验证其极低热导率的成因
2025-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis and characterization of chloride doped polyaniline by bulk oxidative chemical polymerization.Doping effect on electrical conductivity
导电聚合物或“有机金属”是由有机构建块制成的高度工程化的纳米结构材料。它们是纳米技术在分子电子学中应用的分子导线的候选者。在这些聚合物中的导电性是由于离域分子轨道的存在。在这项工作中，我们提出了合成氯化物掺杂聚苯胺的本体氧化化学聚合使用固体苯胺盐作为单体，而不是液体苯胺，以减少有毒危害。FTIR和紫外-可见光谱证实了聚合物的预期结构。使用四探针法测量的电导率为1.7S/cm。使用HP阻抗分析仪在10 kHz-13 MHz范围内测量阻抗模量对频率的依赖性。研究了掺杂和制备温度对导电性的影响。
2008-09-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ionic conductivity optimization of composite polymer electrolytes through filler particle chemical modification
已知向聚合物电解质中添加填料颗粒会增加其离子电导率（IC）。关于组成材料之间的相互作用如何导致增强的详细理解仍有待开发。一个显着的贡献归因于增量的聚合物无定形部分，诱导的填料，导致在聚合物基体中形成更高的离子电导率通道。然而，IC对颗粒重量负载的依赖性和其组成对聚合物形态的依赖性尚未完全理解。本工作研究了锂离子在复合聚合物电解质（CPE）中的传输，所述复合聚合物电解质包括嵌入在PEO：LiTFSI基质中的Bi掺杂LLZO颗粒。我们发现，IC优化非常低的颗粒重量负荷（5至10%），其幅度和所需的负荷，强烈依赖于石榴石颗粒的组合物。基于结构表征结果和电化学阻抗谱，提出了一种机制来解释这些发现。有人建议，在石榴石颗粒中的Li-摩尔含量控制其与聚合物基体的相互作用，导致在最佳负载报告，在形成高离子电导率通道。我们建议，填料颗粒的聚合物形态的化学操纵是一个有前途的途径，为进一步发展的复合聚合物电解质。
2021-03-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Ion Conductivity and Correlations in Model Salt-Doped Polymers: Effects of Interaction Strength and Concentration
与仅基于扩散常数计算的理想电导率相比，相关的阴离子和阳离子运动可以显著降低电解质中的总离子电导率。使用粗粒度的分子动力学模拟，我们计算的电导率和不相关的离子运动的程度在盐掺杂的均聚物和嵌段共聚物作为浓度和相互作用强度的函数。在外加电场下从离子迁移率计算电导率与平衡模拟中波动耗散关系的典型使用相比增加了准确性。在典型的电解质中，通常预期阳离子-阴离子运动的相关性在低离子浓度下降低。然而，对于这些具有强离子-聚合物和离子-离子相互作用的聚合物电解质，我们发现当其他变量保持恒定时，相关性在较低浓度下增加。我们发现，这种现象是有关在低浓度下，而不是静态的空间状态的离子聚集或自由离子的分数较慢的离子簇弛豫速率。
2020-01-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
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
Accelerating Discovery of Extreme Lattice Thermal Conductivity by Crystal Attention Graph Neural Network (CATGNN) Using Chemical Bonding Intuitive Descriptors
University of South Carolina（南卡罗来纳大学）；Institut de Ciència de Materials de Barcelona, ICMAB–CSIC（巴塞罗那材料科学研究所，西班牙国家科学研究委员会）；Northwestern University（西北大学）
通过CATGNN利用化学键描述符发现具有极值晶格热导率的材料，提升热绝缘和热电材料设计效率
2025-12-11 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
Polymer Nanofibers with Outstanding Thermal Conductivity and Thermal Stability: Fundamental Linkage between Molecular Characteristics and Macroscopic Thermal Properties
具有高热导率和优异热稳定性的聚合物纳米纤维在热传递关键应用中是非常理想的，例如热管理、热交换器和能量存储。在这项工作中，我们解锁的基本关系的导热性和热稳定性的聚合物纳米纤维和它们的分子特性，通过研究温度诱导的相变和热传输的一系列聚合物纳米纤维。采用大规模分子动力学模拟研究了十种不同的聚合物纳米纤维，系统地选择了分子结构。我们发现，高的热导率和良好的热稳定性，可以实现在聚合物与刚性主链，例如π共轭聚合物，由于抑制链段旋转和大的声子群速度。节段旋转的低概率不仅防止了温度诱导的相变，而且由于减少了无序散射而使声子平均自由程变长。虽然更强的链间相互作用也可以提高热稳定性，但具有这种特征的聚合物通常具有较重的原子，较弱的主链键和易受无规旋转影响的链段，这导致低热导率。这项工作阐明了聚合物纳米纤维的分子本质与宏观热性能之间的潜在联系，这有助于设计具有高温稳定性的导热聚合物纳米纤维。
2014-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Phonon Band Center: A Robust Descriptor to Capture Anharmonicity
Materials Research Centre, Indian Institute of Science（印度科学学院材料研究中心）
本文提出声子带中心作为描述材料非谐性的指标，揭示其与格雷内森参数的反比关系及与热导率的强相关性，通过实验验证其有效性。
2026-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Effective conductivity in association with model structure and spatial inhomogeneity of polymer/carbon black composites
讨论了聚乙烯/炭复合材料的有效电导率与泡孔结构的关系以及有效电导率与炭黑空间分布的关系。按照吉田的模型，这两种结构在某种程度上可以说是介于著名的麦克斯韦-加内特（MG）和布鲁格曼（BR）极限结构之间。使用各种炭黑的复合材料的TEM照片，我们观察到，较大的是Garncarek的二维（2D）代表性分布的炭黑的不均匀性测量H，较小的是复合材料的有效电导率。
2002-04-02 cond-mat.mtrl-sci
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
AC conductivity of polymer composites: an efficient confirmatory tool for qualifying crude multi-walled carbon nanotube-samples
目前的通信强调，交流电导率测量的多壁碳纳米管（MWNTs）-聚合物复合材料是一个非常有前途的表征工具，用于鉴定任何原油MWNT-sample电弧合成。它将石墨结构与MWNT的石墨结构区分开，并反映了样品中存在的近一维结构和无序的相对量。这一新的协议将有助于发展更直接和定量的标准，通过不同的技术合成的MWNTs的资格，并肯定会添加到概念理解在可视化的确切作用，不同的控制参数影响MWNTs的生长。
2007-09-25 cond-mat.mtrl-sci
InSpecLearn4SDL: Interpretable Spectral Features Predict Conductivity in Self-Driving Doped Conjugated Polymer Labs
Department of Mechanical Engineering, Iowa State University, Ames, IA, 50010, USA（机械工程系，爱荷华州立大学）；Department of Materials Science（材料科学系）；ORaCEL, North Carolina State University, Raleigh, NC, 27606, USA（ORaCEL，北卡罗来纳州立大学）
InSpecLearn4SDL通过可解释的光谱特征预测自驱动实验室中掺杂共轭聚合物的导电性，结合遗传算法与SHAP引导选择，提升实验效率33%。
2026-01-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cs.LG
Fast Ultrahigh-Density Writing of Low Conductivity Patterns on Semiconducting Polymers
对改善数据存储、分子电子学和光电子学的局限性的特殊兴趣促进了用于在微米和纳米尺度上图案化聚合物的技术的不断增加的数量的发展。他们中的大多数依赖于原子力显微镜热或静电诱导质量传输，从而创建地形特征。在这里，我们表明，机械相互作用的原子力显微镜的尖端与表面的一类共轭聚合物产生局部增加的分子无序，诱导局部降低的半导体电导率，不相关的可检测的修改的表面形貌。这种现象允许以超过20 $μm s^{-1}$的前所未有的速度在聚合物表面上快速产生低电导率图案;路径具有尖端尺寸（20 nm）量级的分辨率，并且通过导电原子力显微镜尖端在电导率图中检测。
2014-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Descriptor and Graph-based Molecular Representations in Prediction of Copolymer Properties Using Machine Learning
本研究利用分子描述符和图神经网络两种表示方法，通过机器学习预测共聚物的七种物理性质，发现描述符适合预测密度和热容，图表示适合预测膨胀系数和体积模量，从而加速共聚物发现和设计。
2025-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Predicting room-temperature conductivity of Na-ion super ionic conductors with the minimal number of easily-accessible descriptors
本文提出仅用钠离子含量和金属离子平均半径两个易获取描述符构建回归模型，预测NASICON型钠离子超离子导体的室温电导率，并发现一种新型高电导率稳定成分。
2024-04-02 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
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
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
Concentration-control in all-solution processed semiconducting polymer doping and high conductivity performances
同时优化有机电子材料的性能、加工性和制造成本是阻碍破坏性应用发展的持续妥协来源。在这项工作中，我们确定了一种策略，通过使用完全溶液处理，无水和具有成本效益的技术掺杂，实现最具基准的半导体聚合物之一的创纪录电导率值。使用市售的电子受体作为路易斯酸和氧化剂，聚（3-己基噻吩）的高电导率达到21 S/cm。虽然我们用一种非常实惠/可用的化学品对P3 HT进行了无水溶液处理，使其电导率提高了三倍，但近场显微镜显示存在浓度依赖性较高的电导率微区，进一步优化工艺可能会获得更高的性能。在实现有机电子器件更高性能的永恒追求中，这项工作将极大地解锁需要更高规模的加工性和更低的制造成本以及更高性能和新功能的应用成熟度，在目前的背景下，理解此类材料的掺杂机制仍然是最感兴趣的。
2020-03-10 cond-mat.mtrl-sci
IEC-Independent Coupling Between Water Uptake and Ionic Conductivity in Anion-Conducting Polymer Films
本文结合实验与最小模型模拟，研究聚降冰片烯基阴离子交换膜中吸水与离子电导率的关系，揭示其相关性受电荷密度和温度影响，而非仅由IEC决定。
2025-04-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Exploring diamond-like lattice thermal conductivity crystals via feature-based transfer learning
超高晶格热导率材料非常重要，因为它们在电子和光学设备的热管理中发挥着关键作用。使用机器学习的模型可以搜索具有出色高阶特性的材料，如热导率。然而，缺乏足够的数据来训练模型是一个严重的障碍。在本文中，我们表明，当正确选择大数据中可用的低阶特征属性并将其应用于迁移学习时，大数据可以补充小数据以进行准确的预测。晶体信息和热导率之间的联系是直接用神经网络建立的，通过传递通过特征属性的预训练模型获得的描述符。成功的迁移学习显示了外推预测的能力，并揭示了晶格非谐性的描述符。迁移学习被用来筛选超过60000种化合物，以识别可以作为金刚石替代品的新型晶体。
2019-09-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Effective medium theory of conduction in stretched polymer electrolytes
最近的实验观察拉伸聚合物电解质薄膜的聚环氧乙烷家庭的各向异性电导率进行了讨论。的主要实验观察，增强的离子扩散和导电性在拉伸方向和减少这些传输系数在正常方向上被解释在一个有效的两相模型。这个两相模型是基于这样的想法，即一个高导电相是与定向的分子结构，其中所包围的导电性差的边界区域。在微分有效介质理论（DEMT）的框架内评估该模型。在拉伸下，这些区域从球形变为长球形。计算的直流电导率张量和它的AC对应的拉伸参数的依赖性是与实验结果吻合得很好。
2002-02-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Pressure-Independent Through-Plane Electrical Conductivity Measurements of Highly Filled Conductive Polymer Composites
高度填充的导电聚合物复合材料（CPC）由于其有用的电性能而广泛用于诸如聚合物电解质膜燃料电池和氧化还原液流电池的双极板材料、电磁干扰屏蔽和传感器的应用中。用于测定这种高度填充的CPC的贯通平面电导率$\left(σ_{\rm tp} \right)$的常用方法在电极和样品之间施加导电碳纸，同时施加外部压力以改善电接触。我们表明，测量的$σ_{\rm tp}$的压力依赖性可以通过使用液体金属，如镓铟共晶合金（EGaIn）作为接触材料来消除。结果表明，EGaIn降低了接触电阻，并导致三到五倍大的$σ_{\rm tp}$相比，碳纸接触和压力高达20巴的测量。
2022-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Lattice-to-Total Thermal Conductivity Ratio: A Phonon-Glass Electron-Crystal Descriptor for Data-Driven Thermoelectric Design
Kyoto University（京都大学）；Northwestern University（西北大学）；Osaka University（大阪大学）
本文提出晶格-总热导率比0.5作为热电材料优化的描述符，结合机器学习模型筛选低热导率候选材料并指导优化，推动材料发现与性能提升的结合。
2026-04-25 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Effect of processing conditions on the thermal and electrical conductivity of poly (butylene terephthalate) nanocomposites prepared via ring-opening polymerization
通过熔融混合技术成功制备聚合物纳米复合材料，利用石墨烯相关材料，需要精确的设计，优化和控制加工。在目前的工作中，不同的工艺参数的影响，在制备聚（对苯二甲酸丁二醇酯）纳米复合材料，通过开环聚合的环状对苯二甲酸丁二醇酯在石墨纳米片（GNP）的存在下，被彻底解决。加工温度（240°C或260°C）、挤出时间（5分钟或10分钟）和剪切速率（50 rpm或100 rpm）通过全因子实验设计方法改变，导致在8种不同加工条件下制备聚对苯二甲酸丁二醇酯/GNP纳米复合材料。采用电子显微镜、X射线光电子能谱学、热重分析和拉曼光谱等手段对GNP的形貌和质量进行了研究。在纳米复合材料和纳米片分散体中的聚合物基体的分子量通过实验确定为不同加工条件的函数。通过电导率和热导率的测量，研究了相变参数对材料电性能和热性能的影响。热和电荷传输性能证明了与GNP纳米片的分散和碎裂的明显相关性;特别地，温和的加工条件（低剪切速率，短混合时间）被证明是获得高电导率值的最有利条件。
2017-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Lithium-Projected Phonon Spectral Distributions as Robust Descriptors of Ionic Conductivity in Solid Electrolytes
Clemson University（克莱姆森大学）
研究测试锂投影声子态密度能否描述固体电解质离子电导率，通过特定方法生成谱，经多队列材料分析，发现Li谱权重与电导率关系，基于Li-PDOS的核实现较好留一法\(R^2\)，支持其作为比较筛选描述符。
2026-07-24 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
Electrospun Conjugated Polymer/Fullerene Hybrid Fibers: Photoactive Blends, Conductivity through Tunnelling-AFM, Light-Scattering, and Perspective for Their Use in Bulk-Heterojunction Organic Solar Cells
采用静电纺丝法制备了基于MEH-PPV/PVP/PCBM的共轭聚合物/富勒烯杂化纤维，并通过扫描电子显微镜、原子力和侧向力、隧道效应、共聚焦显微镜、衰减全反射傅里叶变换红外光谱、光致发光量子产率和空间分辨荧光等手段对其性能进行了表征。突出的特征包括所实现的纤维的带状形状，以及作为太阳能电池器件中异质活性层模板的网络的持久性。一组有利的特性证明，以这种方式在均匀的电荷传输行为和形成的有效界面的光生激子的扩散和解离。表现出纳米纤维垫的特定光散射性质的有机长丝与光的相互作用也可能有助于将入射辐射散布在活性层上，从而潜在地增强光伏性能。该方法可应用于其他电子给体-电子受体材料系统，用于制造通过嵌入共轭聚合物和富勒烯化合物的纳米纤维形态增强的太阳能电池器件。
2018-01-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
$\boldsymbol{Ab\ initio}$ 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
Muiltiscale modeling of electrical conductivity of R-BAPB polyimide + carbon nanotubes nanocomposites
用多尺度方法模拟了具有手性（5，5）的单壁碳纳米管（CNT）填充的聚酰亚胺R-BAPB聚合物的电导率。建模开始于聚合物填充的碳纳米管结的随时间变化的原子构型的分子动力学模拟。然后，在第一步中获得的原子位置被用来执行完全的第一性原理微观计算的碳纳米管结的接触电阻使用基于格林函数的量子输运技术。最后，将这些接触电阻作为输入提供给使用Monte Carlo逾渗模型的CNT系综电导率的统计计算。第一性原理计算的结果表明，聚合物填充的碳纳米管结的接触电阻的碳纳米管结的几何形状，包括一个角度$φ$之间的碳纳米管轴和周围的碳纳米管聚合物原子的位置非常强的依赖性。将这种强烈的依赖性以及CNT团聚解释到逾渗模型中，将电导率的计算值推到略高于逾渗阈值的0.01 S/m以下，这在具有各种基础聚合物的复合材料的实验范围内。进一步降低复合材料的导电性的可能机制进行了讨论。
2020-05-18 cond-mat.mtrl-sci
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
Dopant-induced crossover from 1D to 3D charge transport in conjugated polymers
通过研究电导率与频率（高达3 THz）、温度和掺杂水平的函数关系，阐明了跳跃状态下本体聚噻吩链间和链内电荷传输之间的相互作用。我们提出了一个模型，定量地解释了所观察到的交叉从准一维运输到三维跳跃导电掺杂水平的增加。在高频率下，导电性由一维导电链上的电荷传输主导。
1999-09-28 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
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
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 Transport in Polymers: A Review
在这篇文章中，我们回顾了不同形态的聚合物的热输运从定向纤维块体非晶态。我们调查早期和最近的努力，在工程聚合物具有高导热性的大规模分子排列制造聚合物。实验实现了极高的热导率的聚合物纳米纤维的突出，并从分子模拟热输运物理的理解进行了讨论。然后，我们过渡到讨论散装无定形聚合物的热传输的物理和它的关系，在聚合物中的分子链的构象强调。我们还讨论了目前的理解如何聚合物的化学会影响在无定形聚合物和一些有限的，但重要的化学结构性能的关系的热传输。最后，提出了该领域的挑战、前景和展望。我们希望这篇综述能启发人们在聚合物热传输领域进行更多的基础和应用研究，以促进科学认识和工程应用。
2020-12-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Explainable machine learning to enable high-throughput electrical conductivity optimization and discovery of doped conjugated polymers
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）
提出基于吸光度光谱的机器学习方法，结合分类与回归模型加速掺杂聚合物电导率测量，提升89%效率并实现模型可解释性，为材料优化提供新途径。
2024-04-27 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.app-ph
Optimization of salt concentration and Explanation of Two Peak Percolation in Blend Solid Polymer Nanocomposite Films
本文采用溶液浇铸法制备了PEO-PVP/NaPF6共混固体聚合物电解质薄膜。利用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、场发射扫描电子显微镜和原子力显微镜等技术对合成的聚合物纳米复合薄膜的结构/形态特征进行了详细的研究。PEO-PVP + NaPF6O/Na：8薄膜在40 ℃和100 ℃时的离子电导率分别为5.92 × 10 - 6S cm-1和2.46 × 10 - 4S cm-1。电导率随温度的变化表现为Arrhenius型行为，活化能随盐的加入而降低。对优化后的PEO-PVP + NaPF6 O/Na：8高导电体系进行了高温（100 oC）电导率监测，电导率稳定达160 h（约100 oC）。7天）。通过差示扫描量热法（DSC）测量热转变参数。研究结果表明，该聚合物电解质膜在加盐条件下表面光滑，热稳定性可达300 ℃。
2018-07-11 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
Effect of Variation of Different Nano filler on Structural, Electrical, Dielectric and Transport Properties of Blend Polymer Nanocomposites
研究了不同纳米填料（BaTiO_3、CeO_2、Er_2 O_3和TiO_2）对PEO/PVC/LiPF_6共混型固体聚合物电解质性能的影响。XRD分析证实了聚合物纳米复合材料的形成。FTIR提供了聚合物的官能团与离子和纳米填料在移位和改变峰形方面相互作用的证据。最高的离子电导率为~ 2.3 × 10 - 5S cm-1，对于10 wt. %的Er 2 O3。介电常数的实部和虚部随频率的增加呈现相同的减小趋势。纳米填料的粒径和介电常数随纳米填料的不同呈现出反常的变化趋势。交流电导率遵循普适幂律。提出了一种有效的机理来理解纳米填料与阳离子配位聚合物的相互作用。
2018-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
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
Superior enhancement in thermal conductivity of epoxy/graphene nanocomposites through use of dimethylformamide (DMF) relative to acetone as solvent
University of Oklahoma（俄克拉荷马大学）
研究比较了DMF和丙酮作为溶剂对环氧/石墨烯复合材料热导率的影响，发现DMF可使热导率提高44%，并提供更均匀的石墨烯分散。
2022-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Can silica nanoparticles improve lithium transport in polymer electrolytes?
本文通过分子动力学模拟研究二氧化硅纳米颗粒对 LiTFSI-PEO 电解质锂输运的影响，发现纳米颗粒因占据非活性空间而降低电导率，并识别出浓度阈值上下的两种机制。
2024-02-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Pressure-induced electro-switching of polymer/nano-graphene composites
研究了聚乙烯醇/聚乙烯基吡咯烷酮（1/1，w/w）、聚乙烯醇以及分散有纳米石墨烯片晶的复合材料的电导率随压力和温度的变化关系。在电荷渗透的临界薄片分数以上，复合材料起到压力诱导电开关的作用。导体到绝缘体的转变是最佳的强烈和稳定的。在大约750巴的临界压力下，电导率下降了两个数量级。这种转变在室温以上十分之一的温度范围内是稳定的。压力下电导率的降低分别是由于聚合物基体的极化率与血小板间分离的压力依赖性之间的竞争。这两个贡献控制的波动引起的电子隧穿通过聚合物屏障分离调节导电片。在聚合物-血小板界面处的局部电场通过辅助隧穿的作用被压力下极化率的降低所抑制。
2019-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Electrochemical Doping in Ordered and Disordered Domains of Conjugated Polymers
共轭聚合物越来越多地用作神经形态计算、生物电子学和能量收集的电化学装置中的有机混合离子-电子导体。高效应用的设计依赖于高电化学掺杂水平、高电子电导率、快速掺杂/脱掺杂动力学和高离子吸收。在这项工作中，我们建立了结构-性能关系，并展示了这些参数可以通过有序和无序的共存来调制。我们使用原位时间分辨光谱电化学，共振拉曼光谱和太赫兹电导率测量研究电化学掺杂在不同形态的聚（3-己基噻吩）域。我们的主要发现是，双极化子被发现优先在无序的聚合物区域，在那里它们形成得更快，更有利。另一方面，极化子显示出对有序域的偏好，导致在不同区域中完全不同的双极化子/极化子比率和掺杂/去掺杂动力学。我们的证据显着增强的电子电导率时，双极化子开始在无序区域中形成，而双极化子在有序区域中的存在是有害的运输。我们的研究提供了显着的进步，在了解形态的共轭聚合物的电化学掺杂的影响和诱导电导率的增加。
2022-12-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Effect of Salt Concentration on Dielectric Properties of Li-Ion Conducting Blend Polymer Electrolytes
本文研究了溶液浇铸法制备的共混固体聚合物电解质（PEO PAN）中盐浓度（LiPF6）对电解质输运性能和离子动力学的影响。傅里叶变换红外（FTIR）光谱证实了微观相互作用的存在，如聚合物离子和离子离子相互作用证明了阴离子拉伸模式的峰面积的变化。FTIR分析得到的游离阴离子和离子对的分数表明，两者都影响不同的盐浓度的离子电导率。分析并拟合了室温下整个频率范围（1 Hz至1 MHz）内的复介电常数、介电损耗、复电导率。盐的加入增大了介电常数，损耗角正切图中弛豫峰向高频移动，表明弛豫时间缩短。我们实现了固体锂离子导电膜的Sigma表示sigma双撇与sigma撇，这提供了更好的洞察力，以了解在较低频率窗口中的Cole Cole图中的分散区域。介电强度、弛豫时间和跳跃频率与电导率之间存在相关性，这说明了结果的真实性。最后，提出了离子迁移机理，以便更好地理解离子在聚合物基体中的迁移。
2018-08-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
