你能想象嗎？在材料科學領域，一直以來大家都覺得，要做出散熱性能好的聚合物材料，用完美無缺的填充材料才是最佳選擇。但最近，美國馬薩諸塞大學阿默斯特分校牽頭的一個研究團隊，卻發現了一個讓人意想不到的事實，打破了這個固有觀念。

咱們生活里的各種高科技產品，像高速運行的電腦芯片、閃閃發光的LED燈、時刻不離手的智能手機，還有靈活的軟體機器人，里面都有聚合物的身影。聚合物憑借著重量輕、能絕緣、柔韌性好、加工方便這些優點，在現代科技領域占據了重要位置?？伤袀€大麻煩，就是普通聚合物的導熱性能太差，很容易導致設備發熱。要是熱量散不出去，設備里就會出現危險的“熱點”，不僅會讓設備性能下降、加快磨損，嚴重的時候還可能引發故障，甚至起火。

為了解決這個問題，這些年科學家們想了不少辦法。其中一個常見的思路，就是往聚合物里添加導熱性能好的填充材料，比如金屬、陶瓷或者碳基材料。按道理來說，加了這些導熱填料，聚合物整體的導熱性能應該會變好。就好比把鉆石加到聚合物里，鉆石的導熱率高達每米每開爾文2000瓦，要是聚合物里有40%都是鉆石填料，理論上它的導熱率能達到800瓦每米每開爾文。但在實際操作中，因為填料容易聚集、有缺陷，聚合物和填料之間接觸電阻大，還有聚合物基體本身導熱率低等問題，根本達不到預期效果。

這次，研究團隊為了弄清楚聚合物材料里的熱傳導機制，以及如何控制不同材料界面間的熱傳遞，他們做了一項實驗。研究人員用聚乙烯醇（PVA）制備了兩種聚合物復合材料，一種加的是完美的石墨填料，另一種加的是有缺陷的氧化石墨填料，而且填料的體積分數都比較低，只有5%。

一開始，他們發現單獨來看，完美的石墨填料導熱性能確實比有缺陷的氧化石墨填料好很多。純凈的石墨導熱率大約是每米每開爾文292.55瓦，而氧化石墨只有每米每開爾文66.29瓦，相差差不多5倍呢?？勺屓梭@訝的是，當把這些填料加到聚合物里后，加了有缺陷氧化石墨填料的聚合物，導熱性能比加完美石墨填料的聚合物高出了160%！

這是為什么呢？研究團隊通過熱傳輸測量、中子散射、量子力學建模和分子動力學模擬等多種實驗和模型研究發現，原來有缺陷的填料表面不平整，這就使得聚合物鏈條沒辦法像遇到完美光滑填料那樣緊密排列。在聚合物和有缺陷填料的界面處，出現了一種增強的振動耦合現象，這種現象能提高導熱率、降低熱阻，讓材料導熱更高效。用北卡羅來納州立大學機械與航空航天工程系副教授劉軍的話來說，“缺陷有時候就像橋梁，能增強界面間的耦合，讓熱量傳遞得更好?！?/p>

馬薩諸塞大學阿默斯特分校機械與工業工程助理教授、這篇研究論文的通訊作者徐燕飛認為，這次實驗和理論研究的成果，為研發超高導熱率的新型聚合物材料打下了基礎。以后，高性能微芯片、下一代軟體機器人等設備，有望借助這些新型材料，更好地散熱，運行起來溫度更低、效率更高。這項研究是由美國國家科學基金會資助的，相關成果已經發表在《科學進展》雜志上。

參考資料：DOI: 10.1126/sciadv.adp6516