总结：新颖的和可扩展的连续制造工艺结合Couette流挤压和宏观塑性变形，其结果是增加块状聚合物膜的机械性能、热学和结晶性能。

扫描电子显微镜（SEM）的序列图像表明在聚乙烯制造过程其表面形貌的剧变...

来源：世界科技提供

来自剑桥美国麻省理工学院（MIT）的一组研究人员，已经证明一种新的自动化制造工艺包括三个步骤：溶胶-凝胶挤出、结构冷冻干燥和机械拉伸过程，从而产生高度排列的聚合物膜。聚合物内取向的分子链是许多应用所需要的特征，因为它在聚合物材料中产生优良的机械性能和热性能。虽然这些高度排列的聚合物膜（HAPFs）是有需求的，以前的制造方法仅限于手工的、实验室规模的批量工艺。这种新颖的、可扩展的技术可以生产低成本和节能的聚合物以代替在热传递应用中使用的传统材料，如电子封装和热交换器，其优点是节约能源、减少重量、耐化学性和电绝缘。该报告发表于2014年9月的杂志技术。

“通过利用聚合物C-C键的固有高热传导性，并相应减少链缠结和缺陷的优点，该工艺将为传统上被认为热绝缘体用于热传导应用的材料提供方法。”发表该文章的麻省理工学院的首席研究员陈刚教授说。

尽管实验室规模的制造工艺已被成功地证明，然而，在MIT的研究者能够解决在缩放和众多过程变量的自动加工方面所存在的显著挑战。在这项工作中，改进或调制材料的性能首先是通过加工聚合物分子立案来实现的，然后通过宏观塑性变形解缠而诱导排列。这种高通量平台比以前的方法有三个优点：（1）利用Couette流增强链的解缠；（2）恒力自适应厚度的机械拉伸系统辅助均一膜的生产；（3）自动化可扩展的平台--从而成功地证明了HAPFs的桌面打印机大小的制造平台的商业吸引力。

利用Couette流产生高度的分子链的解缠结；在挤出聚合物凝胶中使用液氮冷冻解缠结的结构；恒力机械制拉伸导致高度结晶且均匀排列的最终膜。该平台已使用超高分子量的聚乙烯，生产的HAPFs的结晶度大于99％，长度超过15米。分子链的解缠结有两个重要作用：

（1）允许塑性变形以形成高拉伸比而没有破膜；

（2）在随后的分子链取向中有帮助以改善材料性能。

尽管商业级生产高度排列的聚合物纤维的系统已在使用（并解决现有的成熟商业市场），高度排列的聚合物膜是新的机遇，必须加以解决。“这是一个为市场准备的技术，它可以补充现有的用于生产取向聚合物纤维的制造工艺。虽然纤维是理想的织物，然而，在实际应用中，如翅片热交换器、电子系统的壳体和改善冷却的生物医学治疗，这些材料的膜（副纤维）形式是必不可少的。

“困难在于把高性能纤维的显着改进的材料性能转换为高性能膜的性能，”詹姆斯•卢米斯博士说，他是本文的主要作者。“此外，要实现这些先进材料的广泛商业应用，需要一个可扩展的、持续的和稳健的膜制造平台。”

MIT的小组正在致力于表征以拉伸比（膜的塑性变形量）为函数的聚合物结构的变化，建立不同分子量和已实现的材料性质之间的关系，并调查高度排列的纳米碳-聚合物复合材料的取向效应。这项技术对纳入导电纳米纤维复合材料的应用，提供了商业开发具有可调制强度、热传导和电传导复合材料的令人兴奋的新方向。

科技论文的其他合作者是Hadi Ghasemi博士，Xiaopeng Huang博士，Nagarajan Thoppey博士，Jianjian Wang，Jonathan K. Tong，Yanfei Xu博士，Xiaobo Li博士，Cheng Te Lin博士，全部来自麻省理工学院的纳米工程组。

这项工作由奖励号DE-EE0005756的能源部门/能源效率&可再生能源部门/先进制造项目共同资助。

上述故事是基于World Scientific提供的材料。注：材料已按照内容和长度进行了编辑。

参考文献：

1、  Alvin Chen, Kevin Nikitczuk, Jason Nikitczuk, Tim Maguire, Martin Yarmush.Portable robot for autonomous venipuncture using 3D near infrared image guidance. TECHNOLOGY, 2013; 01 (01): 72 DOI: 10.1142/S2339547813500064

http://www.sciencedaily.com/releases/2014/10/141003135428.htm