來源 | ACS Applied Nano Materials

01

背景介紹

隨著電子設備的逐步升級，電子元器件也發生了質的飛躍。它們體積小型化，功能多樣化，功率越來越大，這必然會導致熱量集中，甚至縮短設備壽命，造成設備故障。聚合物具有輕質、電絕緣、柔韌性等優良性能，能夠滿足柔性電子新技術發展的需要。然而，聚合物的低固有熱導率限制了它們在電子領域的應用為滿足散熱需求，通常在聚合物中加入填料，以增強聚合物復合材料的導熱性。

傳統混合方法得到的復合材料不僅填料在聚合物中的分布無序，當填料含量較低時不能形成導熱網絡，而且增加了聚合物基體與填料之間的界面熱阻。利用功能化填料降低填料/襯底界面處的熱阻是近年來的研究熱點，但該方法的實際應用受到填料狀態和加工方法的影響。因此，尋找一種有效的方法來提高低填料負載下聚合物復合材料的熱導率仍然是一個具有挑戰性的課題。

靜電紡絲技術不僅操作簡單，而且對纖維的直徑、形態和性質的控制效果好。但是，簡單的單軸靜電紡絲在構建特定結構方面存在局限性，并且難以在低分子量或無糾纏的聚合物溶液中形成纖維。然而，目前很少有研究通過不同噴嘴結構的靜電紡絲來構建獨特的結構，從而提高復合材料的導熱性能。靜電紡絲技術因其在構建連續納米纖維方面的獨特優勢而受到廣泛關注。

02

成果掠影

近期，桂林理工大學陸紹榮教授和中科院寧波材料與工程技術研究所虞錦洪研究員近期在開發高熱導率的熱管理材料取得新進展。

提出采用單軸靜電紡絲和同軸靜電紡絲的方法，制備了不同微觀形貌的單軸聚乙烯醇/納米金剛石片(U-PVA/ND)和同軸聚乙烯醇/納米金剛石片(C-PVA/ND)復合纖維薄膜。這兩種方法都不需要復雜的預處理程序和引入多余的添加劑。結果表明，ND含量為60 wt %的U-PVA/ND和C-PVA/ND復合纖維的導熱系數分別為71.3和85.3 W/(mK)，分別是純PVA纖維膜的171.2和205.1倍。此外，C-PVA/ND復合纖維膜的最高熱分解溫度和體積電阻率分別為364.3℃和2.29 × 10¹⁵ Ω·cm，表明復合纖維膜具有良好的熱穩定性和電絕緣性。實驗結果為靜電紡絲技術制備高導熱復合材料提供了有力的證據。因此，導熱薄膜可以作為電子元件的外層，加速其散熱，延長其使用壽命。

研究成果以“Enhanced Thermal Conductivity of Nanodiamond Nanosheets/Polymer Nanofiber Composite Films by Uniaxial and Coaxial Electrospinning: Implications for Thermal Management of Nanodevices”為題發表于《ACS Applied Nano Materials》。

03

圖文導讀

圖1.靜電紡絲復合纖維流程圖：(a)單軸靜電紡絲和(b)同軸靜電紡絲。

圖2.金剛石的微觀形貌和結構表征。

圖3.不同ND含量條件下復合纖維的形貌。

圖4.復合薄膜的導熱性能。

END

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