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背景介绍 近年来，电子设备的小型化和集成化增加了设备过热的风险。局部温度聚集会影响设备性能，对电子元件造成不可逆损伤，降低其稳定性和可靠性。为解决目前这些严峻的散热挑战，对高导热材料的需求已达到前所未有的水平。特别是导热薄膜，具有薄、轻、柔韧、易加工等优点，是专门为空间狭小的电子器件而设计的。由于其特殊的制备工艺和对材料性能的严格要求，制备高性能导热膜仍是一个严峻的挑战。 聚合物基复合材料由于其优异的耐摩擦性、电绝缘性和可加工性而被广泛应用。然而，它们低的导热系数严重限制了该材料的应用。为了增强导热系数，在聚合物基体中加入了导热填料，包括金属纳米颗粒、金属氧化物、氮化物和碳基材料等。在这些填料中，氮化硼纳米片(BNNS)具有超高的面内导热系数、良好的电绝缘性等优点，已成为当今研究的热点之一。 由于BNN与聚合物之间的本质差异，改善有机/无机材料之间的界面连接已成为所有BNN基复合材料的必要步骤。此外聚合物高度交链和导热填料之间的界面表现出很高的热阻，限制了复合材料导热系数的优化。此外，对多功能的需求需要在TC、机械强度、耐磨性和光学性能之间取得平衡，这在传统聚合物中是难以实现的。目前，一维纳米纤维与二维纳米材料的集成可以被视为解决这一挑战的有效途径。 02  近期，哈尔滨工业大学航天学院朱嘉琦教授针对开发一种兼具高导热性、良好机械强度的导热膜取得新进展。在这项研究中，将聚多巴胺(PDA)纳米粒子功能化氮化硼纳米片(BNNS)和聚对苯并二氮唑(PBO)纳米纤维通过脱质子和热压技术的组合策略制备复合薄膜。所得BNNS@PDA/PBO纳米纤维复合膜的面内导热系数为45.15 W/(mK)，制备的薄膜还表现出可调的光热转换性能(70℃上升@0.5 W/mm2 120 s)。同时，在薄膜实际使用过程中，还整体实现了优异的机械性能(极限抗拉强度= 104.9 MPa)、优异的热稳定性、超低热膨胀、低介电损耗和良好的耐划伤性能。多功能结合其优越的性能，突出了BNNS@PDA/PBO纳米纤维复合薄膜在热管理应用中的巨大潜力，例如小型电子设备，智能可穿戴设备和光热治疗。研究成果以“Aligning graphene nanoplates coplanar in polyvinyl alcohol by using a rotating magnetic field to fabricate thermal interface materials with high through-plane thermal conductivity ”为题发表于《Composites Part B 》。
图1.BNNS/PNF复合膜的制备原理图。
图2.材料的形貌和结构表征。
图3.复合薄膜的设计灵感、形态与取向。
图5.复合材料的结构表征。
图6.复合材料的介电性能和机械性能表征以及模拟示意图。
图7.用于光模块热插拔的BNNS/PNF复合膜的耐磨性。
图8.用于光热治疗的BNNS@PDA/PNF复合膜的光热转换。 END |
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