热二级管，让热能有序传输丨“2”的专题 不到三小时，小区1383户居民就收到了他们“传输”的蔬菜

热二级管，让热能有序传输丨“2”的专题 不到三小时，小区1383户居民就收到了他们“传输”的蔬菜， 

热二级管，让热能有序传输丨“2”的专题

人类对热能的认识和使用经历了漫长的发展历程，从最初的钻木取火直接使用热能，到将热能转化为机械能和电能再进行利用，热能使用方式的变化一定程度标志着人类社会文明的发展与进步。然而，热能在使用过程中往往存在利用或转化效率低的问题，提高热能使用效率是人类永恒不变的追求。

（图片来自网络）

热能使用效率低，很大程度是因为热量的无序传输。那么有没有一种器件可以让热能像电能一样按需、有序传输，这样热能的使用效率自然会有较大提升。受电二极管启发，研究人员提出了热二极管的概念，即沿某一方向热流容易通过，而反方向则不容易通过。

借鉴电子二极管由PN结构成，科学家提出用两种热导率随温度变化趋势不同材料紧密接触形成异质结，进而构筑出热二极管。合金、金属氧化物、硫化物等材料热导率随温度变化均发生改变，可用于构建热二极管，然而它们的热导率随温度变化幅度很小。这个时候相变流体（包括固-液相变材料、温敏聚合物等）引起了人们的注意，因为它们相变（相变是物质从一种相转变为另一种相的过程）温度通常较低、且发生在很小温度区间内，热导率在相转时会发生突跃式变化。

于是，研究人员构筑出了基于相变流体的热二极管。可是，相变流体易泄漏，不得不封装于刚性材料中，这样的热二极管不适用于曲面，即使为适应曲面而预制，也会在使用过程中因温度变化引起的膨胀/收缩与曲面之间产生间隙而失效。

热二极管示意图

针对上述难题，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张学同研究团队提出了气凝胶薄膜约束相变流体构筑柔性热二极管策略。张学同研究团队一直从事气凝胶材料的结构设计、控制合成及应用研究，为了构筑出柔性热二极管，制备出力学强度高、柔性好、热导率低的芳纶纳米纤维气凝胶薄膜OANF及DANF(致密化处理，力学强度和柔性更加优异)，以负载相变流体。聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)水溶液在温度升高至32℃以上发生凝胶缩聚，热导率随之升高，利用OANF约束PNIPAM水溶液即可获得正温度系数气凝胶约束相变流体OANF-PNIPAM。

为了与OANF-PNIPAM相互匹配构建异质结，从种类众多负温度系数相变流体中筛选，依据的原则为相变温度接近、亲疏水性能相反，最终筛选出二十烷(C20)，并利用DANF约束C20获得柔韧性能良好的负温度系数气凝胶约束相变流体DANF-C20。优化获得的这两种气凝胶薄膜约束相变流体厚度，通过彼此接触构筑出热二极管。此热二极管具有良好柔性和力学强度(抗拉强度≥7.2MPa)。

气凝胶约束相变流体构筑柔性热二极管示意图

为了研究此气凝胶约束相变流体热二极管热整流性能，实验室搭建了测试装置，冷端和热端分别由循环水冷装置和Bi2Te3热电陶瓷片精确控制温度。正向热流和反向热流均随两端温差增加而增加，但正向热流增加幅度更高，当两端温差增加到40 °C时，热整流比达到最大值2.0。热二极管的可靠性在实际应用中至关重要，为了表征可靠性，测试了此热二极管热整流循环稳定性，循环50次，热整流比在1.94和2.03之间波动，稳定性良好，这要归功于OANF及DANF气凝胶薄膜强毛细作用力，对相变流体具有很强的约束功能，以及OANF-PNIPAM与DANF-C20间良好的界面稳定性。

如果将这样的热二极管包覆于昼夜温差较大地区的管道外，可用于热能收集与储存，白天，热二极管让热量通过，给管道中水加热，晚上，阻止水向外散热，使管道中水始终维持较高温度。此工作首次实现了柔性热二极管制备，其构筑策略将极大地推动热二极管技术进步。

气凝胶约束相变流体热二极管热整流性能与应用

相关工作以 Nanoporous Kevlar aerogel confined phase change fluids enable super-flexible thermal diodes 为题发表于 Advanced Functional Materials 上。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202200137

来源：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所


不到三小时，小区1383户居民就收到了他们“传输”的蔬菜

疫情以来，如何解决好居民生活物资发放“最后100米”，将新鲜蔬菜等急需物资及时送到居民手中，成为社区防疫工作的又一件大事。彭浦新村街道三泉家园小区的志愿者团队，众志成城串联起一条通达整个小区的“传输带”，仅用不到三小时，就将1383份蔬菜高效有序地送到每一户居民家中。

当装有新鲜蔬菜的卡车到抵达小区门口时，志愿者们早已准备就绪。为了尽快把新鲜蔬菜从车上卸下来，大家分工明确,除了爬上卡车搬运蔬菜和在车下接货的志愿者，其余的志愿者们都变成“传输带”上的一颗“螺丝钉”，将一包包分装好的蔬菜从我的手传递到你的手，再传递到他的手，最后传递到预备区，有序摆放，清点数量。一刻不停歇地忙碌，让身穿防护服的志愿者早已汗流浃背，但是大家都不觉得幸苦，“不辛苦，能够为居民做点事情很开心的，保大家平安是我们最开心的事情。”

货物多，小区里的运输车辆有限，志愿者们因地制宜，打起了私家车、环卫车、电瓶车等的主意。很快，这些原本用途各异的车辆统一变身送菜短驳车，穿梭在小区中，将蔬菜送达小区的每个角落。一位志愿者将私家车“贡献”出来，边朝车里装蔬菜，边说“车子本来就是用来装东西的，能够为小区居民服务，感觉很有意义，也很值得。”五十多位志愿者紧密配合，依照居民信息清单，花了不到三个小时，就顺利完成了小区99个门栋，1383户人家的新鲜蔬菜发放任务。

疫情之下，生活还在继续。这些无私奉献的志愿者，给小区居民们传递的是新鲜蔬菜，更是守望相助的温暖和抗疫必胜的信心。

图片来源：彭浦新村街道[db:内容]?