港科大周艳光教授在《自然·通讯》发表的文章，揭示了界面水的清爽作用。

2024-03-19 生活常识关注公众号

香港科技大学周艳光教授团队首次将视线投向金属-有机框架材料与其接触材料之间的界面热传递，并成功地开发出一种可调控的策略，利用金属-有机框架材料中的水吸附来调控接触材料与典型多孔晶体之间的界面热传递。这项开创性的研究不仅解决了现有的难题，而且提供了极具创新性的解决思路。相关论文已在《Nature communications》上发表。

制冷对人类发展至关重要，其研究范围从数字时代的电子产品（如芯片冷却）延伸到生活（建筑物节能）的方方面面。其中，发展绿色的被动制冷策略对于实现碳中和与碳达峰目标意义重大。近期，基于多孔晶体进行被动制冷的研究引起了广泛关注。这种环保且零能耗的方法在冷却电子设备、太阳能电池板和建筑物方面具有巨大的潜力。然而，多孔晶体通常具有较低的热导率，限制了它的传热效率。并且，在被动制冷应用中，金属-有机框架材料可以通过吸附水进行制冷，但其吸附的水分子进一步降低了其有效热导率。这种限制使得通过改变金属-有机框架材料本征热物性以提高其冷却性能差强人意。

针对这一挑战，香港科技大学

周艳光教授团队

将注意力转向调控多孔晶体与其接触材料之间的界面热传递。通常来讲，利用界面工程，如加工纳米结构、表面化学修饰和生长自组装单分子层等多种方法能有效增强界面热导。然而，合成或制备具有精确原子控制的界面层是一项艰巨的任务，限制了这些方法的潜在应用。

在这项开创性的研究中，研究人员发展了一种可持续且可控的策略，利用金属-有机框架材料中的水吸附来调控接触材料与典型多孔晶体之间的界面热传递。该工作以题为“Direct observation of tunable thermal conductance at solid/porous crystalline solid interfaces induced by water adsorbates”发表在《Nature communications》上。

如图一所示，该团队选取了一种典型的金属有机框架物（HKUST-1）（图1a）作为研究对象，其良好的结晶性 (图1b)有助于利用频域热反射方法（FDTR）进行热输运的研究。他们在HKUST-1晶体表面溅射上一层平整的金层用以构建多孔晶体材料和固体界面，同时Au还可以用作FDTR测试中的热反射层。切片样品的透射电子显微镜（TEM）照片显示出样品具有清晰且均匀的界面（图1c）。当HKUST-1晶体浸没在水中一段时间后，水分子会与晶体结构结合，导致拉曼信号的229 cm

-1 峰位发生红移，因此可以用来确定晶体吸水到饱和的时间（图1d）。

图1：多孔晶体/固体界面样品的表征。（a） HKUST-1晶体的扫描电镜照片；（b）HKUST-1晶体的x射线衍射谱；（c）Au/HKUST-1界面的透射电子显微镜照片；（d）不同吸水时间下的HKUST-1晶体的拉曼散射谱。

设想，当样品完全干燥时，多孔晶体HKSUT-1的孔隙中和Au/HKUST-1界面没有水分子占据。对于HKUST-1晶体来讲，由于没有水和框架的声子散射，其热导率会高于充满水的状态。而界面的热输运可以分解成两部分，Au到晶体框架和Au到水分子，这种双通道机制会增加界面热导（ITC）并且可以通过频域热反射测试直观地反映出来（图2）。

图2：不同吸水状态下的Au/HKUST-1样品的FDTR测试曲线。

他们测量了完全干燥的和在水中浸没40分钟后的样品热导率和ITC变化。当吸满水后，热导率从0.742 W/mK降低到0.416 W/mK，这是由于框架中的水分子增加了声子散射通道。十分有趣的是，界面热导从5.17 MW/m

2K 大幅增加到7倍大小（31.45 MW/m

2K）（图3a），这跟框架中热导率变化趋势截然相反。通过分子动力学模拟（MD）进一步地进行了探究。结果发现，随着水分子逐渐充满整个框架，部分水分子会由于Au与其之间的范德华力被吸附到界面区域，并逐渐形成类水膜（图3b）。MD结果显示，ITC可以从干燥状态的4.2 MW/m

2K 提高到 35 MW/m

2K，这与实验测试结果十分吻合。有趣的是，测试了数十个样品在不同状态下的结果变化统计发现，干燥样品的ITC十分接近，而吸满水样品的ITC跨越了较大范围。并且，吸满水样品的最低ITC值和干燥样品的平均值很接近。这是否是由于在不同样品中，Au膜对水分子的吸引力不一样，导致界面水分子的密度有差异造成的呢？于是，计算了水分子与Au具有不同强度相互作用体系的界面热导。随着相互作用的强度提升，水饱和状态的体系界面热导也大幅提升。这表明可以通过控制Au与水分子的相互作用强度大小，从而调节界面吸附的水密度，以此来控制在吸附饱和水状态的界面热导。同样地在UiO-66和MOF-505体系中也观察到了类似的现象。

图3：Au/HKUST-1界面热导的实验和分子动力学结果。（a）Au/HKUST-1界面热导在不同吸水浓度下的实验和分子动力学结果；（b）不同吸水浓度下，水分子在体系内部的分布情况。

为了进一步的揭示界面吸附的水分子增强热输运的物理过程和机理，通过自主开发的声子频域直接分解方法分析发现，水的存在激发了高频声子振动模式（> 4THz）的热输运，而这些声子贡献对于无水的Au/HKUST-1可以忽略不计（图4a 和b）。这种高频声子的贡献得益于水分子对于体系的声子态密度的桥梁作用。对于干燥体系而言，Au和HKUST-1的声子态密度在整个频率范围内只发生部分重叠。而Au和水的声子态密度却大范围重叠，特别是在低频区，这促使含水的HKUST-1框架与Au的声子态密度重叠范围增加，从而增强两者间的热输运（图4c）。此外，将ITC的贡献分解到Au/HKUST-1和Au/水热输运通道发现，Au/HKUST-1通道的贡献随着吸水量的增加有轻微上升，而Au/水通道的贡献大幅上升。这表明，界面水的存在增加了额外的热输运通道，从而提高了界面热导(图4d)。

图4：界面热输运的分子动力学结果。（a-b）不同Au与水相互作用强度下的声子透射系数频谱分析；（c）吸满水状态下Au，水和HKUST-1框架的声子态密度分布；（d）通过Au/水和Au/HKUST-1双通道的热输运贡献分解。

这项研究创新地提出利用界面吸附水的桥梁和双通道作用增强界面热输运，不仅为多孔晶体和其他固体材料的界面热传递提供了新的见解，而且对优化基于多孔晶体的冷却应用的性能具有重要意义。这对利用分子吸附操纵界面热传递，并设计更高效的冷却技术奠定了基础。

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来源：高分子科学前沿

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小小鱼拿到班主任签名奖励精美礼品。但他并未立即决定是否购买。之后，他向父母询问是否可以花1600多元购买恐龙模型，并被同意。然而，他认为这个价位有些昂贵。他觉得恐龙模型真正值钱的是与他们相关的体验和知识，而不是仅仅为玩具。这次经历让他认识到虽然有时候大人不愿意花费过多金钱给孩子买玩具，但这并不意味着他们的价值不高。因此，父母应考虑孩子的价值观和对新事物的好奇心，不要过于追求物质消费而忽视了情感的交流和成长。

生活常识 11.22

每个孩子都有他们的独特脾气：陪伴他们理解的背后

事件涉及播音、视觉设计、栏目主持和主持人杜润楠等人物，其中涉及到如何处理孩子发脾气的问题。节目中提到一位母亲将孩子扔到路边的树丛，并威胁孩子继续发脾气就别让她回家，结果导致孩子崩溃大哭。节目强调父母需要了解孩子为何发脾气，并从共情的角度看待他们的行为，从而改变态度并尝试与孩子沟通，引导他们释放负面情绪。最后指出要给孩子创造一个情绪稳定的周边环境，包括创设轻松的家庭氛围，让孩子有机会自我表达和犯错。

生活常识 11.22

小雪气候多变，适时吃些萝卜和梨助身体抵御寒冷或者小雪气温低了，让我们尝试生吃萝卜或熟食梨来提高免疫力或者是小雪将至，及时调整饮食结构，适当食用萝卜、梨等食物来抵抗严寒

寒

生活常识 11.22

福建14批次食品抽查不合格：农兽药残留、重金属污染等问题严重

福建市场监管局近期进行食品安全抽样检查，共抽查了27大类食品796批次，结果显示有14批次不合格。不合格项目涉及质量指标问题、农兽药残留问题、重金属污染问题、食品添加剂问题、微生物污染问题、其他污染问题。针对以上不合格产品，市场监管局已分别向企业发出复检通知并对其进行了复查。

生活常识 11.22

了解污垢背后的真相：厕所里的小秘密可能救你一命！

事件起因：无。事件关注爆点：王劈柴，果壳。

生活常识 11.22

中国科学家首次在山脊成功发现陨石坑，揭示了太空中的未知物质探索路径

中国科学家首次在山脊发现陨石坑，直径达1360米，证实了一处经由地外小行星撞击形成的地质构造。这一发现丰富了人类对星球碰撞历史的认识，为探索我国特殊地形地貌的撞击成坑机制和物质的冲击变质效应提供了一个崭新视角。

生活常识 11.22

育儿嫂首次上班就喂婴儿安眠药，严重问题需彻底查明

事件涉及到山东济宁育儿嫂喂食婴儿精神类管制药物氯硝西泮片，孩子才仅两个月大。此事令人震惊和担忧，不仅存在严重的伦理问题，也暴露出了家庭护理、家政服务行业存在的漏洞。建议相关部门加强对育儿嫂资质审查，严格监管企业运营，并严肃处理相关责任人。

生活常识 11.22

家长因担忧隐私质疑是否合理拆掉孩子房间门锁？

门有何对错？这篇文章引起了广泛的关注和讨论，特别是家长拆掉门锁或门的情况。有的家长表示出于担忧孩子学习不好而这样做，认为这是保护孩子的隐私权；也有人批评这种行为侵犯孩子的自主权，并认为父母应该更多地了解孩子的想法。还有些人回顾了自己的经历，并表示自己的观点和别人不同。最后，一名学生表示他从小就被妈妈拆掉门锁，并以此感到不安。这表明，经历过相同情况的孩子可能有很多。这篇文章引发了对教育和亲子关系的深刻思考。

生活常识 11.22

马斯克的中国首款减肥药即将上市，你需要知道这2点

到这个条件的，不要轻易尝试减重版司美格鲁肽。” 减肥神药适合人群 - 患者群体：适合所有有肥胖问题或有“体重焦虑”的人群。注意事项 - 使用时需通过医生指导。 - 使用后需要注意可能的胃肠道副作用和低血糖风险。 - 用药过程中要注意饮食控制，避免过度摄入糖分和油脂。 - 如出现不适症状，应立即停止使用并就医。

生活常识 11.22