Phonon Transport in Supramolecular Polymers Regulated by Hydrogen Bonds

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作者
Ting Meng,Peng Zhang,Hongmei Zhong,Hongda Zhu,Hui Zhang,Dongyan Xu,Yang Zhao
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (44): 14095-14101
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c04306
摘要

Supramolecular polymers hold promise in thermal management applications due to their multistability, high responsiveness, and cost-effectiveness. In this work, we successfully regulate phonon transport at the molecular level in supramolecular polymers by adjusting the strength of intermolecular hydrogen bonding. We synthesized three supramolecular polymer fibers with thermal conductivity differences of up to 289% based on melamine (M) and three simple positional isomers of hydroxybenzoic acid. Differential Scanning Calorimetry (DSC) measurement revealed discrepancies in thermal stability of the polymers, where structures with higher stability exhibited enhanced thermal conductivity. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) measurement and Density Functional Theory (DFT) calculations indicate that these differences arise from variations in hydrogen-bonding strengths at different bonding sites. Higher hydrogen-bonding strength leads to more stable thermal pathways, reduces phonon scattering, and increases thermal conductivity. Our findings provide valuable insights into controlling the thermal conductivity of polymer fibers, paving the way for applications in phonon-based thermal devices.

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