界面材料的案例
不同類型界面材料(ThermaI Interface Materials TIM )的特性與材料性質
要解決此問題，主要有以下幾個方法：
1.開發高流動性材料，以填補界面間材料表面的結構缺陷，微孔等；
2.開發復合熱界面材料，以提高整體材料的熱傳導特性 。
因此，熱傳導值( Thermal Conductivity；K )就成為評估熱界面材料的重要特性之一。未添加任何導熱填充材的高分子材料，其熱傳導值大約為 0.1W／m·K，而目前所使用的商用復合熱界面材料(通常添加導熱金屬粉其熱傳導值大約為 7 W／m·K) 、氮化硼(BN) 、金剛石粉及銀粉等。由于使用高熱導值材料并不能保證整體散熱系統具有優良的散熱效果，因此一般會用另一個評估熱界面材料的重要特性——熱阻值(Thermal Resistance：R)，來評估整體散熱系統的散熱效果。熱阻值與接觸面平整度及使用壓力大小具有相當高的關聯性，其單位一般用 K·in^2/W 表示。
熱界面材料的重要性
熱界面材料(Thermal InterfaceMaterials)是一種用于兩種材料間的填充物，是熱傳遞的重要橋梁。兩種材料相互接合時，無論是同種材料還是兩種不同的材料，即使材料表面平整度很好或施加很大的扣合壓力(Mounted Pressure)，仍無法達到緊密接觸，只能是部分接觸，中間一定仍然存在許多微細空隙或孔洞，如（圖1-a）所示。空隙間的空氣為熱傳導率相當差的傳熱介質，會阻礙熱傳導的路徑，增加熱阻抗(Thermal Resistance) 。因此，需要填充一種熱界面材料于兩種結合材料間，以填補空隙，增進熱的傳遞效率，降低熱阻抗，如（圖1-b）所示。它是一種應用相當廣泛而且非常重要的材料。
隨著電子元件發熱量越來越高，熱界面材料也越發顯得重要，其扮演的角色也越來越關鍵。由此可見，熱界面材料對于電子組裝及散熱是很重要的。
展開 通過靜電植絨輔助定向氮化硼片提高熱界面材料的導熱性
來源 | Ceramics International
01
背景介紹
隨著現代電子產品逐漸向小型化、集成化、大功率化的方向發展，高導熱的柔性熱界面材料受到了人們的廣泛關注。但是，由于熱源和散熱器之間的間隙被空氣占據，而空氣的導熱系數非常低，導致熱量不能及時散出。因此需要使用熱界面材料(TIM)填充微間隙，TIMs基于聚合物樹脂，通過引入導熱料優化導熱系數。
六方氮化硼(h-BN)它具有層狀結構，在平面方向上具有較高的導熱系數(600 W/m K)，而在垂直方向上具有較低的導熱系數(30 W/mK)。此外，它還具有優異的熱穩定性和化學穩定性。這種穩定性使得BN很難與其他物質發生反應。一些研究者為了增強了聚合物基體與填料之間的界面傳熱，改善了聚合物復合材料的填料分散性，降低了界面聲子損失。然而，這些對BN的表面修飾需要大量的化學物質，這促使研究人員通過改變BN的結構的方法來提高導熱性。
近年來，靜電植絨技術被應用于制備熱界面材料，在此基礎上，提出了一種新的策略，通過靜電植絨方法使BN納米片在柔性環氧基中有序排列，搭建傳熱通道。與機械混合法制備的隨機分布的氮化硼填充復合材料相比，垂直取向的氮化硼填充復合材料可以增強材料的導熱性能。
02
成果掠影
近期，中山大學化學工程與技術學院陳振興教授團隊通過靜電植絨的方法改善氮化硼納米片的排列結構從而優化材料的導熱性能取得新進展。靜電植絨組裝策略在幾個連續的層中構建了整齊排列的BN結構網絡，從而提高了復合材料的導熱系數。研究了不同h-BN用量對BN/環氧復合材料導熱性能的影響。
展開 一種具有低表面張力和優異熱導率的液態金屬熱界面材料
該成果是蘇州泰吉諾新材料有限公司在高性能熱界面材料產學研方面的一個縮影，泰吉諾將堅守企業責任，以客戶需求為導向，不斷在高性能熱界面材料領域開展前沿研究，為客戶提供性能更優良的原創產品。
03
圖文導讀
圖1.液態金屬的制備流程示意圖。
圖2.(a)理想固體基質上的一滴液體，(b) BN，(c) BN + W，(d) W，(e) BN-LM- W液態金屬的潤濕角。
圖3.不同倍數的 LM-BN-W的SEM微觀結構以及EDS能譜。
圖4.不同倍數的 LM+W-BN的SEM微觀結構以及EDS能譜。
圖5.(a)不同復合材料的導熱系數圖，(b)LM+W-BN復合材料的導熱系數BN含量為0-12 wt%，(c) BN含量為0-12 wt%時LM+W-BN復合材料的熱阻，(d)LM+W-BN復合材料的導熱系數的溫度依賴性。
圖6.(a) LM- CF的SEM圖像，(b) LM + W-CF的SEM圖像，(c) LM- CF和 LM + W-CF復合材料的導熱系數，(d) LM- CF和 LM + W-CF復合材料的熱阻。
圖7.(a) LM- GR的SEM圖像，(b) LM + W-GR的SEM圖像，(c) LM- GR和 LM + W-GR復合材料的導熱系數，(d) LM- GR和 LM + W-GR復合材料的熱阻。
圖9.
展開 一種用于定向垂直碳纖維基復合熱界面材料的制備技術
采用有限元模擬方法研究了定向SCFs與Al球形顆粒復合材料的工作機理和導熱性能。
此外，利用紅外熱像儀觀察了復合材料在加熱和冷卻階段的表面溫度變化。當SCF-90作為裸模和筆記本電腦熱管之間的TIM時，溫度下降了16℃，表明SCF-90成功地實現了沿垂直定向碳纖維基三維網絡的高效傳熱。這項工作說明了使用SCFs制備高導熱3D網絡的前景，可用于未來電子設備的熱管理。
研究成果以“Pie-rolling-inspired construction of vertical carbon fiber high thermal conductivity hybrid networks”為題發表于《Applied Surface Science》。
該成果是蘇州泰吉諾新材料有限公司在高性能熱界面材料產學研方面的一個縮影，泰吉諾將堅守企業責任，以客戶需求為導向，不斷在高性能熱界面材料領域開展前沿研究，為客戶提供性能更優良的原創產品。
03
圖文導讀
圖1.定向技術以及材料制備工藝示意圖。
圖2.復合材料的XRD圖譜。
圖3.不同倍數的SCF-random的SEM圖像。
圖4.不同角度（0?，45?和90?）復合材料的SEM和EDS圖像。
圖5.不同條件下復合材料的熱導率變化以及本文熱導率和相關文獻對比。
圖6.SCF-0, SCF-45, SCF-90 和 SCF-only-90的有限元分析。
展開 
一種定向排列的三維氮化硼聚合物復合熱界面材料
來源 |
Journal of Colloid And Interface Science
01
背景介紹
隨著第五代通信、大功率集成芯片和鋰離子電池的發展，對散熱提出了更高的要求，促使對導熱絕緣熱界面材料(TIMs)的需求快速增長。高分子材料以其優異的可加工性、重量輕、成本低等特點受到人們的青睞。然而，聚合物的固有熱導率通常很低(0.1 ~ 0.5 W/mK)。采用具有高導熱性的填充材料是一種直接有效的策略，可以顯著提高聚合物的導熱性。
六方氮化硼(BN)是一種二維片層陶瓷材料，其面內導熱系數約為300 W/mK，面外導熱系數為30 W/mK。良好的電絕緣性使BN在電子設備的熱管理應用中具有獨特的優勢。然而，由于填料與聚合物基體之間存在較大的界面熱阻，采用傳統的直接共混方法得到的填料/聚合物復合材料的導熱系數通常不理想。在聚合物復合材料中構建三維連續導熱填充網絡已被證明是降低界面熱阻和促進聲子快速傳輸的有效策略，已受到廣泛關注。
此外，BN在整個聚合物中的垂直排列可以進一步充分利用BN良好的面內導熱性，使復合材料的縱向導熱性顯著增強，以滿足TIMs高效垂直散熱的需求。已經開發了各種方法來實現填料的垂直對齊，例如3D打印，外場控制，冰模板法等。通過定向凍結，填料沿著冰晶生長方向排列，形成三維互聯的垂直排列骨架，顯著增強了復合材料的導熱性。因此，開發一種更簡單、更具成本效益的冰模板工藝來實現BN的遠距離垂直有序排列，從而促進高性能TIMs的規模化生產是非常必要的。
展開 氮化硼納米片增強聚乙烯熱界面材料
熱界面材料(TIMs)是有效轉移或去除電子器件廢熱以避免器件因工作在過熱條件下而發生故障的重要和不可或缺的材料。然而，為了填充散熱器與TIM接觸面之間的細小氣隙，需要在高壓下進行壓縮過程，這可能會破壞電子電路的組件，無法完全填充大的氣隙。
熱熔膠(HMA)由于其能夠與大多數材料快速而牢固地結合，并且與其他TIMs相比易于操作，近年來作為解決上述問題的材料而引起了人們的關注。此外，在融化過程中，HMA具有高流動特性，可以充分填充散熱片接觸面存在的氣隙，提高傳熱效率，這是一個優勢，可以大大提高器件的性能和耐用性。
低密度聚乙烯(LDPE)因其優異的絕緣性能、較高的機械強度和良好的循環利用性能，是目前極具吸引力的HMA型TIMs聚合物基體之一。然而，盡管其具有優良的機械和化學性能，以及方便的操作過程，但其低的通平面導熱系數和較差的形狀穩定性阻礙了其作為TIM的實際應用可能性。
因此，許多研究開發了LDPE與六方氮化硼納米片(BNNS)相結合的高導熱復合材料，以在熔體粘附過程中實現高導熱和形狀穩定。然而，較強的化學鍵和強的范德華力會導致BNNS與LDPE的相容性較低，從而導致BNNS與LDPE界面處的相分離和重新聚集。因此，由于這些問題引起的熱阻增加，這可能會大大降低制備好的BNNS/LDPE復合材料的熱導率。如何解決BNNS與LDPE界面熱阻的問題是合成TIMs材料的關鍵問題。
02
成果掠影
韓國的Joong Hee Lee教授 和Ok-Kyung Park教授聯合在關于BNNS/LDPE聚合物復合材料的界面熱阻問題方向取得新進展。
展開 一種具有柔軟，彈性和可拉伸的復合熱界面材料
來源 | Composites Science and Technology
01
背景介紹
從電子封裝中的導熱材料到智能控制設備中的傳感器，功能性聚合物復合材料有著廣泛的應用。優異的導熱性能通常需要較高的填充量(>50%)，這會使復合凝膠的拉伸性和順應性惡化。良好的柔韌性使復合凝膠能夠更好地貼合非均質組分的不規則表面，從而降低熱阻。然而，更好的柔韌性往往意味著聚合物內部的分子鏈具有更強的流動性，當受到外力作用時，它們更容易發生永久性變形，不可避免地導致析出、分層、開裂和空隙形成。例如，針對可拉伸和柔軟材料，提出了降低纏結密度和引入懸垂鏈等策略，但以犧牲彈性為代價。因此，將優異的拉伸性能和回彈性能整合到軟導熱復合凝膠中，對于保證復合凝膠的性能和可靠性至關重要，也是一項具有挑戰性的任務。
02
成果掠影
近期，中國科學院深圳先進技術研究院任琳琳副研究員開發了一種具有優異的彈性、韌性和可拉伸性的導熱界面材料。該團隊制備了柔軟(0.13 MPa)，可拉伸(172%)和彈性(>70%)的復合凝膠，并具有超高填充量。這些理想性能的獨特組合主要是通過控制聚合物網絡中彈性組分(即交聯)和粘性組分(即自由大分子)的比例和延遲填料網絡的結構來實現的。復合凝膠的高拉伸性主要是由松散纏結和剛聯的協同作用決定的，其中松散纏結將施加的力轉移到較大的區域，而剛聯則阻止纏結的解纏。高彈性狀態下的填充網絡決定了其回彈性，既調和了聚合物網絡的能量耗散，又拓寬了變形范圍，實現了高回彈性。此外，鋁填料的超高負載(90 wt%)使復合凝膠具有高導熱系數(4.04 W/mk)。
展開 一種用于芯片散熱的復合相變熱界面材料
需要注意的是，熱界面材料(TIMs)被廣泛用于填補電子元件與散熱器接觸界面處的氣隙，因此在電子元件的散熱中起著至關重要的作用。電子技術的進步需要開發高性能的TIM。增強導熱系數是提高TIMs散熱性能的一種非常有效的方法，這可以通過添加導熱填料來實現。對于粘結厚度（BLT）和接觸熱阻（TCR），它們與硬度密切相關。有報道稱，采用固-液相變材料(PCMs)作為TIMs，即相變TIMs (PCTIMs)，其在吸收電子元件產生的熱量后由固態變為液態，硬度顯著降低，從而降低熱阻。此外，PCTIMs在吸熱前為固態，具有易于安裝的優點。然而，目前的PCTIMs通常存在兩個缺點，液體PCM泄漏和導熱系數低。因此，開發高導熱、形狀穩定的PCTIMs對于實現高效散熱具有重要意義。
02
成果掠影
相變熱界面材料(PCTIMs)受到越來越多的關注，但其導熱系數低，難以顯著改進。近期，華南理工大學傳熱強化與過程節能教育部重點實驗室方曉明研究員取得新成果。該團隊使用垂直排列的短切碳纖維(VASCFs)用于開發具有高導熱性的PCTIMs，這是首次采用該方法開發PCTIMs。由于提供了完整的傳熱路徑，VASCFs獲得了最有效的導熱增強效果，這一點在有限元模擬中得到了進一步驗證。因此，將VASCFs摻入硅橡膠(SR)和石蠟(PA)的材料中，以制造形狀穩定的相變材料。VASCFs/PA/SR材料的導熱系數高達7.00 W/(m·K)，遠高于之前報道的PCTIMs。更重要的是，PA相變引起的熱阻降低導致VASCFs/PA/SR的散熱性能更好，從而使VASCFs/PA/SR相變熱墊具有實際應用潛力。
展開 一種具有高導熱性的CVGNPs/PVA熱界面材料
散熱的主要挑戰之一是由表面粗糙度引起的電子器件和散熱器配合表面的微觀間隙所引起的界面熱阻。這可能導致性能惡化，甚至降低設備的使用壽命。
為了填補微觀間隙并減少界面熱阻，通常在電子器件和散熱器之間放置熱界面材料(TIMs)。值得注意的是，界面熱阻主要來源于兩個因素:TIMs的熱阻和接觸熱阻，前者由TIMs的厚度和導熱率決定，后者部分取決于TIMs的柔韌性。不幸的是，高導熱性和高柔韌性之間的相互制約限制了TIMs的發展。為了獲得具有高導熱性的柔性材料，將金屬、陶瓷、碳基材料等本質上具有高導熱性的填料與聚合物結合。
碳基材料，如石墨烯、碳納米管、金剛石和碳纖維是最有希望的候選材料。由于石墨烯具有極高的面內導熱系數(~5300 W/mK)，填充石墨烯可以增強高分子材料的導熱性。然而，由于石墨烯在聚合物材料中的分散和排列不良，往往無法取得優異的結果。研究表明，石墨烯形成的三維網絡，如石墨烯泡沫、垂直石墨烯和石墨烯氣凝膠，可以提高材料的通平面導熱性。
改善材料通平面導熱性的方法是構建沿通平面方向排列填料。例如，通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)制備的垂直石墨烯陣列已被證明具有優異的通平面導熱性，而通過靜電植束方法將碳纖維填料垂直排列可提高所得復合材料的通平面導熱性。此外，還深入研究了力場、磁場和定向凍結來排列填料，從而大大提高了復合材料的熱性能。
02
成果掠影
近期，廈門大學張學驁教授團隊針對開發具有定向排列的的熱界面材料取得最新進展。基于該團隊之前對垂直碳纖維組成的TIMs的研究，本文利用石墨烯納米片(GNPs)取代了這些纖維，因為它們具有高導熱性和片層結構。這有助于增加相鄰GNPs之間的接觸面積，提高復合材料的導熱性。
展開 ：硅基生物界面材料，非遺傳光控神經調制
現有的硅基生物電子學器件的研究主要集中在需要外加導線的記錄器件上，而可以無線控制的硅基生物界面材料的研究才剛剛開始。相比于光遺傳技術依賴于對目標生物體的轉基因操作，硅基生物界面材料可以在無需任何遺傳操作的情況下仍然實現精準光控神經調制，因此在臨床應用上具有遠大前景。
【成果簡介】
芝加哥大學田博之組此前曾在Nature
Materials上曾經報道過用利用無定型介孔硅的光熱效應，首次實現了遠程遙控單個神經元活性。最近，田博之組展示了通過理性設計，可以合成出不同尺度的多功能光響應硅材料，用于遙控多種生物電活動，包括光控定點細胞鈣信號刺激和傳播，遠程刺激大腦活動，甚至激發麻醉老鼠產生簡單行為反應。相關成果以題為“Rational design of silicon structures for optically controlled multiscale biointerfaces”發表在了Nature Biomedical Engineering雜志上。本文的第一作者為芝加哥大學化學系博士生蔣圓聞，共同第一作者為西北大學醫學院李驍健博士和芝加哥大學神經生物學系劉冰博士。
【圖文導讀】
圖1：基于生物體性質設計的多尺度硅結構
基于生物體的基本力學特征，作者們設計出了一系列跨越多個尺度的硅材料，包括硅納米線，硅薄膜和柔性PDMS基底支撐的硅網結構，分別針對于亞細胞尺度的細胞器，微米尺度的細胞培養，和毫米尺度的腦組織，以使得硅材料和生物體系有相匹配的力學和結構特征。除了結構控制外，作者們還提出了一系列化學合成調控的方法，包括硅摻雜濃度梯度，結晶性控制，和表面化學處理等用于改變硅材料物理化學性質。
展開 一種具有低鍵合厚度和熱阻的熱界面材料
假設兩個表面波動僅為1 μm的物體相互接觸，在它們的界面處將觀察到一個大于38.0 mm2 K/W的巨大熱阻抗，與15.2 mm厚的銅板相當。這種由不可忽略的界面氣隙產生的熱障，一直阻礙著電子器件散熱過程。為了促進有效的界面熱傳遞，開發了熱界面材料(TIM)來填充氣隙并連接兩個物體。在過去的二十年里，人們對高導熱系數材料的發展給予了相當大的關注，并對高導熱TIMs進行了許多嘗試。從先前報道的TIMs來看，操縱各向異性k并使其在厚度方向上表現出色并不是一件非常困難的事情。
02
成果掠影
近期，四川大學吳凱團隊針對開發具有優異性能的熱界面材料取得最新進展。本研究提出了一種低鍵合厚度(BLT)路徑來減輕夾層熱阻抗。通過在Al2O3 - PDMS和Al2O3 -填料界面區按需定位鎵基液態金屬LM，成功制備了一種高觸變、導熱和電絕緣的PDMS/LM-Al2O3/ZnO復合材料。這種復合材料在潤滑脂狀態下表現出接近最大填料直徑的邊界BLT和低至僅4.05 mm2 K/W的超低有限熱阻Reff。這種BLT和超低Reff的優勢歸功于界面LM的獨特功能，即釋放與剛性Al2O3相鄰的PDMS鏈的遷移性，并充當Al2O3和其他填料之間的潤滑劑，以促進它們在邊界BLT下的運動。在這項工作中，使用功能液體進行填料表面改性的幸運嘗試，以及制造超低Reff TIM的低BLT策略，將激勵未來的材料科學家和工程師開發更多新概念和高性能的TIMs，用于不同的熱管理應用。
展開 
具有高導熱性和界面適應性的可回收BN/環氧熱界面材料
熱界面材料(TIMs)通過連接熱源和散熱器，可以有效避免過熱和設備損壞。最新的TIM不僅要求高熱流密度以適應輕量化趨勢，而且要求可回收性以緩解電子垃圾帶來的環境壓力。然而，制備既具有高散熱性能又具有可回收性的TIM仍然是一個巨大的挑戰。
含有導熱填料的聚合物復合材料是高性能TIM的可行候選材料。其中氮化硼(BN)填料因其優異的各向異性熱輸運、介電性能、熱穩定性和機械強度而受到廣泛關注。先進的BN/聚合物復合材料主要旨在通過相互接觸、連續相、規則取向或單向組裝來獲得更高的導熱性。然而，這些方法不僅涉及復雜的工藝，而且對粗糙表面的順應性仍未得到解決。
迄今為止，人們已經探索了多種策略，包括構建夾層結構，降低模量，設計微/納米流體，以及使用熱塑性基質，以賦予TIM具有適應性界面。由于熱塑性材料的彈性變形，在熱塑性復合材料中，通過葉片涂布、靜電紡絲、熱壓、拉伸等方法可以很容易地獲得填料的界面柔度和取向。然而，熱塑性塑料相對較低的力學性能和較高的熱應力不利于其長期使用。最近，熱固性樹脂具有低介電常數和優異的熱性能和力學性能，被認為是TIM的理想基材，但其不溶性和不溶性使其難以符合TIM的粗糙表面，難以回收利用。
02
成果掠影
近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所的代金月老師針對開發高導熱以及具有可回收性的TIM取得新進展。本研究采用熱壓誘導取向法制備了具有各向異性導熱性和可回收性的高性能BN/環氧復合材料，并且具有表面相容性的完全可回收的TIM。
結果表明，僅通過簡單的熱壓處理，填充的BN就可以很容易地在平面上取向，導熱系數為3.85 W/(mK)，BN含量為40 wt %，比原始環氧樹脂高30倍，比熱壓處理前的復合材料高4.3倍。
展開 青島大學馬麗春課題組：通過構筑具有剛性-柔性分層結構的優異的多級梯度模量界面層改善碳纖維/環氧樹脂復合材料的界面性能
碳纖維增強聚合物基復合材料具有質輕、高比剛、高比強、易于加工和耐高溫等優勢，而廣泛用于國防武器、航空航天、汽車、高鐵、高檔民用制品等領域中。碳纖維和環氧樹脂基體之間的界面粘合對于復合材料的整個機械性能至關重要，因為出色的界面可以確保應力均勻傳遞并防止進一步的裂紋擴展。然而，碳纖維表面光滑，且呈化學惰性，導致纖維與基質之間的吸附和潤濕性差，并且應力不能確保從基質均勻地轉移至碳纖維，導致復合材料的界面強度弱。
目前，國內外研究人員為了更有效的提高碳纖維/樹脂基體的界面粘合性能，通常選擇支鏈大分子(PAMAM，POSS，APS)與納米粒子(GO，CNTs)相結合的方法，在碳纖維表面構筑“柔性-剛性”多尺度增強結構。然而，存在以下科學問題：(1)支鏈大分子的位阻效應導致納米粒子在碳纖維表面的接枝密度低，從而限制了碳纖維和環氧樹脂之間的機械嚙合作用、化學鍵合作用和相容性。(2)納米粒子的模量遠高于基體，難以及時徹底地消除界面區域的應力。通常，碳纖維和基體之間的最佳模量匹配有利于提高碳纖維復合材料的界面粘合強度。然而，很少有工作闡述多級梯度模量中間層以及它們如何對碳纖維復合材料的界面性能產生有益影響。
基于上述背景，
青島大學材料科學與工程學院馬麗春副教授課題組
利用氧化石墨烯和PA在碳纖維表面構筑了具有“剛性-柔性”分層增強的多級梯度模量界面層，如圖1所示。此研究是通過簡單高效的酯化反應接枝氧化石墨烯，然后利用CF-GO表面的活性基團酰氯化，再通過己內酰胺陰離子聚合反應生成PA。
展開 一種基于高度垂直取向的熱界面材料
為了提高器件的性能和壽命，迫切需要具有高通平面導熱系數、柔軟度和電絕緣性的熱界面材料(TIMs)將產生的熱量高效地傳遞到散熱器。
目前，絕緣TIMs是通過隨機混合導熱和絕緣填料(如氧化鋁、氮化硼和氮化鋁)和聚合物(通常為有機硅)來獲得的，這導致導熱系數低于8 W/mK。更嚴重的是，過高的填充物含量會降低材料的柔軟性和回彈性，在實際應用中會阻礙芯片與散熱器之間的熱傳導。在相對較低填料含量的情況下，提出了一種高通平面導熱系數的策略是調節填料的垂直方向。
六方氮化硼(BN)由于其高導熱系數(面內TC ~400 W/mK與金屬一樣高，面外TC ~30 W/mK)、優異的電絕緣性能和高質量的量產性而成為一種很有前途的導熱填料。利用氮化硼薄片在聚合物中獲得高度垂直定向的氮化硼結構的方法有多種，如電場、磁場、膨脹流輔助方法、3D打印法、疊切法、凍鑄法。然而，BN片的垂直取向度較差，限制了BN-聚合物復合材料的面外導熱系數。
為了實現高度的定向，在制造過程中需要很大的外力來克服BN片的躍遷能壘，但BN片與聚合物分子摩擦產生的高粘度限制了其沿外力方向的旋轉和定向。因此，大多數研究采用大尺寸BN，加大外力，多外力協同作用來優化垂直方向。然而，由于目前還沒有關于BN膜填充聚合物復合材料的系統工作，因此對其通面熱導率仍然是未知的。
02
成果掠影
近期，北京大學白樹林老師針對解決現代電氣器件散熱用的具有高面外導熱系數，優異的柔軟性和電絕緣性對的TIMs取得最新進展。該團隊采用簡單的堆積-切割方法制備了BN薄膜填充硅橡膠復合材料，該方法保持了BN薄膜的高取向度，從而獲得了創紀錄的19.1 W/mK的面外導熱系數和5.42 MPa的低壓縮模量。低BN含量(37 vol%)保證了制備的TIMs的柔軟性和彈性。
展開 Mater.綜述 ：無機半導體材料生物界面
圖4：各種維度的半導體材料和器件以及其可能形成生物界面類型。
（a）零維量子點可以用于人工光合作用和標記細胞內主動運輸過程。（b）一維納米線可以用于細胞內電生理記錄和促進微生物燃料電池。（c）二維薄膜可以用于加工瞬態電子學器件和非遺傳光電神經刺激。（d）三維介觀結構可以用來實現多功能細胞探針和類組織檢測網絡。（e）生物電子學和生物光子學界面包括電學檢測，光電檢測，光電刺激，光熱刺激和光致發光成像等。
圖5：各種跨越生物界面的信號傳導模式。
（a）①場效應管可以用來檢測局部分析物濃度和細胞膜電位②光電二極管可以用來檢測生物發光過程③光伏器件可以通過光電容或光電化學過程來刺激細胞行為④發光二極管結合光遺傳技術可以用來直接刺激細胞⑤載流子符合產生的熱能可以用于改變細胞膜電容以實現細胞刺激⑥納米尺度的無機半導體材料可以被細胞內吞，從而實現細胞內功能界面。（b）光電容（只涉及雙電容充放電）和光電化學（包括界面氧化還原反應）過程的區別。
【小結和展望】
無機半導體材料和器件由于其多樣的物理化學性質，良好的可加工性和生物相容性，已經被廣泛得用于生物物理學研究和生物醫學應用中。本文詳細得討論了無機半導體材料器件的合成加工和工作原理，深入得總結了跨越生物界面的各種信號傳遞機理，為此后的研究打下了堅實的基礎。盡管如此，在材料生物的界面上仍然有許多尚未完全回答的問題需要新的手段來進行深入的研究。新近開發的表征技術包括高速原子力顯微學，瞬態光譜，冷凍離子束刻蝕，高速超分辨顯微學等手段都可能得到前所未有的關于生物界面的高精度結構和功能信息。
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