來源 | Advanced Functiona Materials
01背景介紹
隨著科技的發展如何更好解決電子設備的散熱問題，以提高其電子設備的性能和壽命一直是目前研究人員的重點。金屬、陶瓷和碳基材料由于其優異的散熱性能而被廣泛用作導熱材料。然而，它們的高密度、脆性差不利于電子產品的日益小型化和集成化。聚合物由于其良好的加工性能，密度低，耐電、耐腐蝕，在許多應用中都很受歡迎。
然而，聚合物很難在熱管理應用中脫穎而出，因為它的導熱系數通常低于0.5 W/mK。通常在聚合物中加入無機導熱填料(如石墨烯、碳納米管和氮化硼)以獲得高導熱性。但是，如何確保無機填料的均勻分散一直是一個復雜的問題。因此，優異的導熱系數 (>15 W/mK)只能通過使用多種填料來實現，這通常會導致嚴重的機械性能損失和密度的顯著增加。
聚合物很難直接用于熱管理應用。但是，通過優化其結晶度、取向、分子量和化學結構，已經設計出了高導熱聚合物薄膜。到目前為止，只有PE薄膜達到了與許多金屬和陶瓷(例如304不銹鋼(15 W/mK)和氧化鋁(30 W/mK)相當的導熱系數值。由于PE的軟化溫度較低(<135℃)，耐火性較差，加之制備方法復雜，在實際應用中難以充分利用PE膜的高導熱系數。因此開發具有高導熱系數，優異的機械性能和易于加工的聚合物仍然面臨嚴峻的挑戰。
02成果掠影
針對聚合物通常具有導熱性過低，無法直接用于熱管理應用的問題。近期，中科院化學所趙寧團隊提出以PBO納米纖維為基元，通過溶膠-凝膠-膜轉化和退火法制備了PBO薄膜。通過優化PBO納米纖維溶膠的凝膠化，減少凝膠的不規則收縮，可以有效地改善薄膜中三維互聯納米纖維網絡的取向。熱退火后，分子鏈的有序性和納米纖維之間的相互作用增強，進一步促進了聲子轉移。
因此，形成的PBO薄膜獲得了前所未有的導熱性、機械強度和抗紫外線性。該方法使得聚合物薄膜的面內導熱系數達到了36.7 W/mK，比大多數聚合物(<0.5 W/mK)高出2個數量級，是304-不銹鋼的2.4倍。此外，PBO薄膜具有優異的機械強度、熱/化學穩定性、電絕緣性、阻燃性和增強的抗紫外線性。輕質、堅固、易于加工的PBO薄膜具有類似金屬的導熱性，在熱管理方面具有廣闊的應用前景。
研究成果以“Polymer Films with Metal-Like Thermal Conductivity, Excellent Stability, and Flame Retardancy ”為題發表于《Advanced Functional Materials》。
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