基于三唑环氢键与π-π堆叠协同作用的高效热管理本征三唑酰亚胺膜

随着电子器件微型化对散热薄膜性能提出更高要求，研究人员通过点击化学将三唑基团引入二胺单体，构建兼具氢键与π-π堆叠的“双非共价相互作用”体系。所得PTAI-n薄膜室温导热系数达0.62 W/(m·K)，较纯聚酰亚胺(PI)提升3.4倍，且在200℃高温下仍保持0.6 W·m?1·K?1的优异性能，同时具备卓越的机械强度与高低温耐受性，为极端环境下的本征导热聚合物开发提供新思路。

　　

电子设备的微型化浪潮正面临“热失控”的严峻挑战。手机芯片、电动汽车电池等器件在高速运行时产生的热量若无法及时消散，轻则导致性能衰减，重则引发爆炸事故。传统聚合物散热材料如聚酰亚胺(PI)的导热系数仅0.1-0.5 W/(m·K)，而添加无机填料又往往牺牲机械性能。这一矛盾促使科学家探索通过分子设计提升材料本征导热性的新策略。

中国的研究团队创新性地将1,2,3-三唑环引入聚合物骨架，通过点击化学合成了一系列聚三唑酰亚胺(PTAI-n)薄膜。该材料巧妙利用三唑环的C—H···O=C氢键与芳香环的π-π堆叠效应，构建了高度有序的声子传输通道。傅里叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振(NMR)证实了单体结构的准确性，而热重分析(TGA)显示材料在高温下保持稳定。

Fabrication and morphology of PTAI-n films
通过二苯硫醚/二苯醚/二苯甲烷二叠氮化物(DAS/DAE/DAM)与炔烃单体的点击反应制备前驱体，再经缩聚形成酰亚胺环。扫描电镜(SEM)显示薄膜具有致密无缺陷的微观结构，X射线衍射(XRD)证实分子链呈现高度取向排列。

Thermal and mechanical properties
热导率测试显示PTAI-n室温导热系数达0.62 W/(m·K)，是纯PI的3.4倍。分子动力学模拟揭示氢键与π-π堆叠协同降低了72%的声子散射。在-196~200℃极端温度范围内，热导率波动小于5%，拉伸强度保持35 MPa以上。

Conclusion
该研究通过“刚性三唑环-柔性连接链”的分子设计，实现了导热性、机械强度与温度稳定性的协同提升。特别是200℃下0.6 W·m^?1·K^?1的热导率性能，打破了传统聚合物在高温环境的应用瓶颈。这项工作发表于《Progress in Organic Coatings》，为航空航天、新能源汽车等极端环境热管理提供了新材料解决方案。

研究团队特别指出，三唑环的强偶极矩(4.7 Debye)和共轭效应是性能突破的关键。这种“非共价相互作用工程”策略可拓展至其他高性能聚合物设计，推动电子器件热管理技术的革新。