【摘 要】
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随着5G时代的到来,信息技术更加全球化、多媒体化,移动数据也呈现爆炸式增长。在此背景之下,用于保存和处理信息的器件——存储器,也面临着更大的挑战。目前,传统的半导体存储器已经逐步逼近发展极限,亟需研究和开发出存储密度更大、响应速度更快、存储寿命更长、可靠性更好、成本低廉和易于加工的存储技术和存储材料。另一方面,当电子器件或半导体器件的密度过高时会在局部产生热点,造成器件的毁坏和能源的浪费。因此,在
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随着5G时代的到来,信息技术更加全球化、多媒体化,移动数据也呈现爆炸式增长。在此背景之下,用于保存和处理信息的器件——存储器,也面临着更大的挑战。目前,传统的半导体存储器已经逐步逼近发展极限,亟需研究和开发出存储密度更大、响应速度更快、存储寿命更长、可靠性更好、成本低廉和易于加工的存储技术和存储材料。另一方面,当电子器件或半导体器件的密度过高时会在局部产生热点,造成器件的毁坏和能源的浪费。因此,在保证器件性能和节约能源的双重压力下,研发出既能满足存储器性能的基本要求,又能够突破微纳加工工艺的尺寸限制,还能够高效节能甚至利用废热进行信息存储的存储器是十分必要的。基于有机聚合物材料在电存储和光存储技术应用的探索中已经取得了重要进展,本文针对有机聚合物材料在热存储技术中的应用展开研究,探究了基于氢键超分子聚合物作热存储器的性能和调控方法。本文的主要研究内容包括:首先,构建了热桥法热导率测试系统,设计并制备了适用于聚合物纤维样品热测量的悬空热桥微器件。利用Pt1000热电阻对系统进行了温度标定和修正。利用单根铜纳米线（CuNW）对系统进行了动态特性标定。首先测量了单根CuNW在室温下的电阻率,基于维德曼-弗兰兹定律计算出直径338 nm的CuNW热导率约为10.2 Wm-1K-1。随后通过本测试系统测得了直径320 nm的单根CuNW在室温下的热导率约为11.9 Wm-1K-1,两个结果基本吻合,验证了测试系统的准确性和可靠性。其次,基于三聚氰胺（M）和6,7-二甲氧基-2,4-喹唑啉二酮（Q）制备而成的氢键超分子聚合物设计了一种热存储器,在实验上证明了能够通过调控氢键作用实现对声子输运的操控。通过变温傅立叶红外光谱（FTIR）、流变性能测试和变温紫外可见吸收光谱等实验证明MQ聚合物存在一个可逆的、迟滞性的相变行为。利用热桥法测试系统测量了MQ聚合物纤维在不同温度下的热导率,实验结果表明MQ聚合物纤维的热导率在297～307 K温度范围内由0.25 Wm-1K-1突降至0.15 Wm-1K-1,降温至277～287 K时热导率回复,热导率滞回曲线的最大差值达66.7%。根据这个特性,通过多次升、降温循环,进行了 MQ聚合物热存储器的演示,并通过实验验证了该存储器的工作温度为295 K,失效温度为360 K。最后,基于羟基苯甲酸的三种同分异构体——2-羟基苯甲酸（s）、3-羟基苯甲酸（m）和4-羟基苯甲酸（p）,与三聚氰胺合成了三种分子式相同,结构相近的氢键超分子聚合物,进一步探究了其热物性的调控方法,证明了聚合物中氢键的结合强度对声子输运具有显著的影响。通过SEM、DSC和变温FTIR等实验证明三种聚合物均存在一个热可逆的、迟滞性的相变行为,其氢键的稳定性遵循:Mp＞Ms＞Mm。利用热桥法测试系统测量了三种聚合物纤维的热导率,结果表明氢键的结合强度越大,聚合物热导率越高。最后通过MM2分子力场分析了三种聚合物的整体能量和结合能,计算得出的氢键稳定性关系与实验结果一致。
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