中国科学技术大学精密机械与精密仪器系、中国科学院材料力学行为和设计重点实验室赵旸课题组利用氢键诱导的可逆相变聚合物实现了在分子水平上操控声子传输，并利用该聚合物实现了能够在室温条件下工作的热存储器，相关研究近期发表在国际知名期刊Nano Letters（Nano Letters, 2021, 21(9): 3843-3848）上。
存储器是现代信息技术中用于保存信息的记忆器件，是计算机中必不可少的一部分。随着MEMS技术的迅猛发展，小到智能手机、掌上电脑和汽车，大到飞机和航天科技，微电子芯片都是其大脑和核心，电子存储器面临着提体积大,向柔性、材料受限等挑战。通常来说，电子只能在金属和半导体中流动；而声子，即晶格振动，却能在任何材料中“流动”。同时，声子还是半导体和绝缘材料中热能的主要载体。因此，如果能像调控电子一样对声子进行有效的调控，那么我们不仅仅可以扩展目前基于微电子和光子技术的信息产业，而且还可以很好地操控和利用热能。
针对上述问题，研究团队利用三聚氰胺和6,7-二甲氧基-2,4喹唑啉二酮合成出一种双组份相变温敏聚合物，并通过SEM,TEM,DSC和FTIR等手段进行了表征，证明影响该聚合物相变的主导因素为氢键的解离和重组。
图1. （a）升温过程中，MQ聚合物的FTIR光谱。（b）升、降温循环过程中，甲氧基在1171cm-1（左图）和1178cm-1（右图）处峰值的变化。（c）MQ聚合物相变过程中氢键变化示意图
课题组对单根聚合物纤维的热导率进行了测试，首次证明可通过控制氢键的解离和重组来调控声子传输。同时进一步演示了在写入端写入不同的温度信息，通过在读出端的读取温度状态，能够在室温下实现热存储器“0”和“1”的读取，且热导率的滞回曲线的最大差值能够达到66.7%。
图2.（a）MQ热存储器的SEM图。（b）MQ聚合物纤维的热导率随温度变化的关系图。（c）MQ热存储器示意图。（d）MQ热存储器实现“读-写”功能的4个循环图。
该研究为基于聚合物中的相互作用来实现热管理器件提供了新的思路，有望成为新兴的声子器件。
论文连接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c00289