中國(guó)粉體網(wǎng)訊 傳統(tǒng)金屬散熱器因重量、柔韌性不足難以滿足現(xiàn)代電子設(shè)備的輕量化需求，而聚合物材料憑借輕質(zhì)、耐腐蝕、易加工等優(yōu)勢(shì)成為熱管理領(lǐng)域的新焦點(diǎn)。
然而，聚合物基體本身導(dǎo)熱系數(shù)極低（通常< 0.5 W/m·K），如何通過(guò)材料設(shè)計(jì)與技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱與柔性、絕緣等性能的協(xié)同優(yōu)化，成為近年研究的熱點(diǎn)。
液態(tài)金屬橋接技術(shù)
傳統(tǒng)填充型導(dǎo)熱復(fù)合材料依賴高比例導(dǎo)熱填料（如氮化硼、鋁粉）的隨機(jī)分散，但高填充量往往導(dǎo)致材料柔韌性下降。液態(tài)金屬（liquid metal，LM）因其柔韌性、不凡的導(dǎo)熱系數(shù)（20～30 W/m·K）和低熱阻而受到越來(lái)越多的關(guān)注。
龐云嵩團(tuán)隊(duì)通過(guò)向聚二甲基硅氧烷/鋁體系中引入液態(tài)金屬，鎵基液態(tài)金屬以“液橋”的形式在球形鋁與球形鋁之間架起利于聲子傳熱的通道，從而降低界面熱阻，提高熱界面材料的導(dǎo)熱性能；同時(shí)，避免了高填料含量導(dǎo)致的柔順性下降問(wèn)題。
類(lèi)似地，李俊鴻在氮化硼（SBN）/PDMS體系中引入液態(tài)金屬，不僅導(dǎo)熱系數(shù)提高128%，斷裂伸長(zhǎng)率更達(dá)199%，證明液態(tài)金屬可通過(guò)橋接作用在剛性填料間構(gòu)建柔性導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，突破傳統(tǒng)“高導(dǎo)熱必犧牲柔性”的桎梏。
Al/LM/PDMS 熱界面材料的結(jié)構(gòu)示意圖
高取向聚合物薄膜
在提升聚合物自身導(dǎo)熱性能方面，趙寧課題組通過(guò)剝離聚對(duì)苯撐苯并二噁唑（PBO）纖維獲得納米纖維分散液，結(jié)合溶膠-凝膠-薄膜轉(zhuǎn)變與熱退火工藝，制備出高度取向的PBO薄膜，其面內(nèi)熱導(dǎo)率達(dá)36.7 W/m·K，比常規(guī)聚合物（< 0.5 W/m·K）提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)保持優(yōu)異的電絕緣性與阻燃性。這種本征高導(dǎo)熱聚合物的開(kāi)發(fā)，為高溫、復(fù)雜環(huán)境下的熱管理提供了新選擇。
PBO薄膜的制備過(guò)程
雜化填料設(shè)計(jì)
單一填料難以兼顧導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與界面熱阻控制，雜化填料的組合設(shè)計(jì)成為重要策略。
吳唯教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)原位還原法在氮化硼（BN）片層表面負(fù)載納米銅球，形成BN@Cu雜化填料。二維BN提供平面導(dǎo)熱路徑，而表面凸起的納米銅球增強(qiáng)填料-基體接觸，減少聲子散射，最終使聚合物導(dǎo)熱系數(shù)提升500%。另一項(xiàng)研究中，四川大學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)由二維六方氮化硼（h-BN）和Si3N4組成的多組分混合填料網(wǎng)絡(luò)，解決了在聚四氟乙烯（PTFE）復(fù)合材料中實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱性、低介電損耗和強(qiáng)粘附性的挑戰(zhàn)。這些多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)熱路徑的立體化與高效化。
PTFE樣品制備過(guò)程的示意圖
核心應(yīng)用場(chǎng)景
1.電子封裝
導(dǎo)熱粉體通過(guò)填充硅橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂等聚合物基體，廣泛應(yīng)用于CPU/GPU散熱片、5G基站天線罩、柔性電路板基材等領(lǐng)域。
2.LED封裝
導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料是解決芯片散熱的關(guān)鍵材料，它可以把發(fā)光產(chǎn)生的熱量及時(shí)導(dǎo)出，有效地降低溫升，達(dá)到了提高發(fā)光效率、延長(zhǎng)使用壽命的目的。
3.航空航天
目前，在聚合物基體中添加高導(dǎo)熱的氧化鋁和氮化硼等粉末，制備出的導(dǎo)熱絕緣聚合物基復(fù)合材料已經(jīng)大量地應(yīng)用在航天航空的各種封裝和連接材料上。
未來(lái)，通過(guò)跨學(xué)科協(xié)作與產(chǎn)業(yè)化探索，導(dǎo)熱聚合物材料有望在更多高科技領(lǐng)域開(kāi)辟更廣闊的應(yīng)用版圖。
參考來(lái)源：
1.中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所，華東理工大學(xué)新聞網(wǎng)，Composites Science and Technology以及網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)信息
2.龐云嵩等. 具有高柔順性液態(tài)金屬橋接鋁粉基熱界面材料. 寧波工程學(xué)院學(xué)報(bào)
3.李俊鴻. 基于聚合物基液態(tài)金屬熱界面材料的制備和性能研究. 深圳大學(xué)
4.虞錦洪. 高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料的制備與性能研究. 上海交通大學(xué)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/輕言）
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