聚合物热调节器从导体转变为绝缘体，然后再返回

 
旋转无序的六角相。学分：工程学院聚合物用于开发各种材料，例如塑料，尼龙和橡胶。在最基本的形式上，它们由许多重复连接在一起的相同分子组成，就像一条链一样。工程分子以特定方式连接在一起可以决定所得聚合物的特性。
卡内基梅隆大学机械工程学副教授沉晟和他的研究团队使用这种方法创建了一种聚合物热调节器，该调节器可以快速地从导体转换为绝缘体，然后再转换回来。当是导体时，热量会迅速传递。当它是绝缘体时，热传递要慢得多。通过在两种状态之间切换，温度调节器可以控制自己的温度以及周围环境的温度，例如冰箱或计算机。
为了在高电导率和低电导率之间切换，必须改变聚合物的结构。该转变仅通过加热来激活。沉说，这种聚合物“以高度有序的晶体结构开始”。 “但是一旦将聚合物纤维的温度提高到340开氏温度左右，分子结构就会改变并变成六边形。”
这项发现发表在《科学进展》上的一篇名为“通过结构相变的高对比度和可逆聚合物热调节剂”的论文中。
发生这种转变是因为热量以分子键为目标。 “分子之间的键合变得很弱，”沉说。 “因此这些片段可以旋转。”而且，一旦节段旋转，结构就会变得无序，大大降低了其热导率。这种类型的过渡称为固-固过渡。尽管聚合物达到接近其熔点的温度，但在整个过程中仍保持固体。
在研究聚合物的相变时，Shen将数据集中在电导率如何变化上。他还收集了其他相变的数据，因此可以比较比率。 “当您观察地球上所有的物质时，电导率变化最多只有四分之一，” Shen说。 “在这里，我们已经发现了一种新材料，其电导率变化可以达到10左右。”
此外，结构变化可以在5开氏度的范围内快速发生。它也是可逆的，可以像开关一样打开和关闭。它可以承受比其他温度调节器高得多的温度，在高达560开氏温度下保持稳定。很难分解，因此它可以承受许多转换。而且由于它是基于热量的，因此它不像典型的冷却方法那样使用许多活动部件，从而使其效率更高。
尽管过去已经从理论上对这项研究进行了探索，但沉的工作还是第一次通过实验得到证明。沉认为，这种聚合物将在现实世界中得到应用。 “这种对纳米级热流的控制开辟了新的可能性，例如开发可切换的热装置，固态制冷，废热清除，热回路和计算，” Shen说。
这项工作是建立在沈氏实验室以前的研究基础上的，沉氏的团队在那里开发了一种聚合物纳米纤维，该聚合物纳米纤维坚固，轻巧，导热，电绝缘并且具有生物相容性-均小于100纳米宽。