瞬时超分子结构(W@EG)的提出及其对水-乙二醇混合体系热导率非加和性的机制解析

为解决水(W)-乙二醇(EG)混合体系热导率随浓度/温度变化的非加和性问题，研究者提出瞬时超分子结构(W@EG)概念，通过瞬态热线法测量不同xEG0(0.1-0.9)和温度(283.15-363.15 K)下的热导率，建立包含温度-浓度双变量的广义模型方程，为定制化热传导介质开发提供理论依据。

　　

在能源效率与化工过程优化领域，热传导介质的性能调控始终是核心挑战。水(W)虽具备优异导热性(thermal conductivity)，但其狭窄的液相温度范围(273.15-373.15 K)严重制约工业应用。通过添加乙二醇(EG)形成的W-EG二元体系虽能扩展温度窗口(如V_W:V_EG=4:6时凝固点降至224.15 K)，但传统模型如Huang方程(λ=wλ₁+(1-w)λ₂+...)无法解释其热导率的非线性变化。湖南科技大学的研究团队在《Journal of Molecular Liquids》发表研究，首次提出瞬时超分子(W@EG)概念，揭示氢键动态网络对热传导的调控机制。

研究采用瞬态热线法(THW)精确测量x_EG⁰为0.1-0.9的W-EG混合物在283.15-363.15 K区间的热导率，结合分子动力学模拟分析微观结构。关键发现包括：1) 热导率随温度升高单调递增，但浓度变化呈现显著非加和性；2) 通过量子化学计算证实W@EG超分子的瞬态存在，其热导率贡献值介于纯W与纯EG之间；3) 建立的广义模型方程λ=f(x_EG,T)预测误差<2.3%，显著优于传统加和模型。

Material
实验采用纯度≥99.5%的EG(国药集团)与实验室自制超纯水，通过THW法进行系统测量，仪器经标准物质校准。

Thermal conductivity measurements
数据显示：固定温度下，热导率随x_EG⁰增加呈"U型曲线"，最低点出现在x_EG⁰=0.4附近。例如298.15 K时，x_EG⁰=0.1/0.5/0.9对应的λ分别为0.452/0.398/0.423 W·m^-1·K^-1，证明存在协同效应。

Conclusions
研究突破性地提出：1) W@EG超分子通过动态氢键改变声子传输路径；2) 推导出纯物质热导率-温度方程λ_W=0.6065-1.517×10^-3T+2.387×10^-6T²；3) 建立的混合体系模型可精准指导防冻液配方设计。该成果为复杂流体热传导机制研究提供了新范式。

讨论部分强调，W@EG的瞬时寿命(10^-12-10^-10 s)虽短，但足以影响宏观导热行为。未来研究可拓展至其他二元醇体系，或结合太赫兹光谱实时观测氢键动力学。这项工作由湖南省自然科学基金(2020JJ5155)等资助，为工程热管理材料开发奠定理论基础。