液晶聚酰亞胺導熱復合膜

熱管理博覽會

2023年8月10日 08:54

來源 | Angewandte Chemie International Edition

背景介紹

聚酰亞胺（PI）膜具有優異的絕緣性能、力學性能、耐熱性能、耐輻射性能等，廣泛應用于高精密智能控制系統、5G通訊終端與基站等領域。但PI膜的本征導熱系數（λ）較低，無法滿足當下及未來高功率電子電氣設備快速高效的導熱/散熱需求。在研究前期，研究團隊通過調控醚鍵含量以及優化匹配熱致型液晶聚酰亞胺預聚膜（preLC-PI）的液晶區間與固化溫度制備出一種本征高導熱液晶聚酰亞胺（LC-PI）膜，其室溫下本征面內λ（λ_∥）與面間λ（λ_⊥）分別達到2.11 W/(m·K)和0.32W/(m·K)，且兼具優異的力學性能和耐熱性能。進一步地，采用聚乙二醇三甲基壬基醚（TMN）對“溶劑插層-超聲剝離”法制備的氟化石墨烯（GeF）進行液晶化改性（LC-GeF），再與本征導熱LC-PI基體復合制備LC-GeF/LC-PI導熱復合膜。當LC-GeF質量分數為15 wt%時，LC-GeF/LC-PI導熱復合膜室溫下的λ_∥和λ_⊥分別達到4.21 W/(m·K)和0.63 W/(m·K)，較本征導熱LC-PI膜的λ_∥和λ_⊥提升了99.5%和96.9%，也高于相同GeF用量下GeF/LC-PI導熱復合膜（λ_∥=3.36 W/(m·K)，λ_⊥=0.61 W/(m·K)），實現了本征高導熱與填充導熱的協同效應。

成果掠影

液晶聚酰亞胺導熱復合膜的圖2

近期，西北工業大學化學與化工學院顧軍渭教授“結構/功能高分子復合材料”（SFPC）課題組采用正性液晶分子4-氰基-4’-庚基聯苯（7CB）對碳納米管（CNT）進行表面功能化改性（LC-CNT），在交流電場作用下與本征導熱LC-PI基體復合制備LC-CNT/LC-PI導熱復合膜。LC-CNT在LC-PI基體中的定向排列實現了低LC-CNT用量下LC-CNT/LC-PI導熱復合膜中導熱通路的高效構筑。當LC-CNT質量分數為15 wt%時，LC-CNT/LC-PI導熱復合膜室溫下的λ_∥和λ_⊥分別達到4.02 W/(m·K)和0.55 W/(m·K)，較本征導熱LC-PI膜的λ_∥和λ_⊥提升了90.5%和71.9%，也明顯高于相同CNT用量下CNT/LC-PI導熱復合膜（λ_∥=3.12 W/(m·K)，λ_⊥=0.52 W/(m·K)）。此時，LC-CNT/LC-PI導熱復合膜還兼具優異的力學性能和耐熱性能，其楊氏模量和耐熱指數分別為2.3 GPa和297.7℃，高于本征導熱LC-PI膜（2.1 GPa和262.4℃）和相同CNT用量下CNT/LC-PI導熱復合膜（2.2 GPa和291.3℃）。研究成果以“Electric-Field-Induced Alignment of Functionalized Carbon Nanotubes Inside Thermally Conductive Liquid Crystalline Polyimide Composite Films”為題發表于《Angewandte Chemie International Edition》。