高導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料的案例
氧化鋁在導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料中的應(yīng)用
為保證電子元器件在使用環(huán)境溫度下仍能高可靠性地正常工作。需要開發(fā)導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料替代傳統(tǒng)高分子材料，作為熱界面和封裝材料，迅速將發(fā)熱元件熱量傳遞給散熱設(shè)備，保障電子設(shè)備正常運(yùn)行。
1.填料的導(dǎo)熱機(jī)理
高分子材料本身的熱傳導(dǎo)系數(shù)比較小 ，所以填充型高分子復(fù)合材料導(dǎo)熱性能主要依賴于填充物的導(dǎo)熱系數(shù)，填充物在基體中的分布以及與基體的相互作用。填料用量較小時(shí)，填料雖均勻分散于樹脂中，但彼此間未能形成相互接觸和相互作用，導(dǎo)熱性提高不大；填料用量提高到某一臨界值時(shí)，填料間形成接觸和相互作用，體系內(nèi)形成了類似網(wǎng)狀或鏈狀結(jié)構(gòu)形態(tài)，即形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈。當(dāng)導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的取向與熱流方向一致時(shí)，材料導(dǎo)熱性能提高很快；體系中在熱流方向上未形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈時(shí)，會(huì)造成熱流方向上熱阻很大，導(dǎo)致材料導(dǎo)熱性能很差。
制造具有優(yōu)良綜合性能的導(dǎo)熱材料一般有兩種途徑：一種是合成具有高熱導(dǎo)率的結(jié)構(gòu)聚合物；另一種是在聚合物中填充高導(dǎo)熱性的填料。后者比較常見。一般都是用高導(dǎo)熱性的金屬或無機(jī)填料對(duì)高分子材料進(jìn)行填充。氧化鋁（VK-L04R,VK-L600D）通常作
為填料應(yīng)用于絕緣導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料。
2 氧化鋁的形態(tài)及表面處理
2.1 氧化鋁（VK-L04R,VK-L600D）作為導(dǎo)熱絕緣材料的特點(diǎn)
具有導(dǎo)熱電絕緣性能的填料很少。常見的幾種及其熱導(dǎo)率分別見表1。實(shí)驗(yàn)研究證明，當(dāng)填料與基體熱導(dǎo)率之比大于100時(shí)。提高填料導(dǎo)熱系數(shù)已意義不大。這 就意味著應(yīng)用電絕緣填料如Al2O3，MgO、BeO、AlN等可制備具有較高導(dǎo)熱性能的電絕緣復(fù)合材料.與其他填料相比Al2O3（VK-L04R,VK-L600D）的導(dǎo)熱率不高，但是其價(jià)格較低，來源較廣，填充量較大，常用作絕緣導(dǎo)熱聚合物的填料。Al2O3通常單獨(dú)使用或與其他填料混合使用。
展開 具有優(yōu)異的電絕緣、高導(dǎo)熱性能的聚合物復(fù)合材料
來源 | Composites Science and Technology
01
背景介紹
熱管理在現(xiàn)代工業(yè)和技術(shù)中發(fā)揮著越來越重要的作用，導(dǎo)熱材料已成為眾多電子產(chǎn)品和大型設(shè)備(包括能源設(shè)備、航天飛行器等)不可或缺的一部分。大多數(shù)金屬和陶瓷一般都是理想的導(dǎo)熱體，這可以分別歸因于電子熱傳導(dǎo)和相對(duì)完美的晶格振動(dòng)。聚合物良好的可加工性和電絕緣性能使其在熱管理中不可或缺，但其隨機(jī)盤繞的共價(jià)分子鏈會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的聲子散射，由此產(chǎn)生的低導(dǎo)熱系數(shù)極大地限制了其在散熱中的應(yīng)用。
通過提高分子鏈的結(jié)晶度和有序度，聚乙烯纖維、聚乙烯薄膜、聚乙烯氧化物纖維和聚苯并二惡唑纖維獲得了優(yōu)異的導(dǎo)熱系數(shù)。這為輕質(zhì)、可加工和絕緣導(dǎo)熱材料開辟了兩個(gè)新思路。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)以其優(yōu)異的力學(xué)性能、低密度、良好的耐化學(xué)性、高耐磨性等特點(diǎn)而備受關(guān)注。最近的研究已經(jīng)擴(kuò)大了在熱管理中使用聚乙烯的可能性。
超高分子量聚乙烯纖維具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)和優(yōu)良的絕緣性能，非常適合在電絕緣領(lǐng)域發(fā)展為導(dǎo)熱材料。目前，絕緣導(dǎo)熱材料主要是填充導(dǎo)熱填料，然而在高填充量下面臨導(dǎo)熱系數(shù)惡化、密度高、可加工性差等棘手問題。利用超高分子量聚乙烯纖維開發(fā)全聚合物復(fù)合材料有望解決上述問題。但目前很少有研究對(duì)超高分子量聚乙烯纖維復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行研究，導(dǎo)熱系數(shù)大于10 W/mK的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料更是罕見。
02
成果掠影
近期，北京大學(xué)白樹林教授在開發(fā)具有高導(dǎo)熱和電絕緣性能的聚合物復(fù)合材料取得新成果。
針對(duì)開發(fā)具有優(yōu)異機(jī)械性能、電絕緣、高導(dǎo)熱的全聚合物復(fù)合材料，通過熱壓法制備了種具有（0°/90°、±45°）兩種取向結(jié)構(gòu)的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
展開 一種具有高導(dǎo)熱和絕緣性的PBO納米復(fù)合材料
來源 | Nano-Micro Letters
00
背景介紹
導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合紙由于具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱性和優(yōu)異的可設(shè)計(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，在鋰電池、電容器、集成電路等領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。隨著小型化和集成化的快速發(fā)展，以及功率密度的不斷提高，電子器件和電氣設(shè)備內(nèi)部的熱量積聚問題日益嚴(yán)重，這就對(duì)導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合紙的導(dǎo)熱性和耐熱性提出了更高的要求。此外，為了避免微電子元件之間形成短路電流和信號(hào)相互干擾，聚合物基復(fù)合紙應(yīng)具有優(yōu)異的電絕緣性，以滿足實(shí)際電子工程中的應(yīng)用。雖然導(dǎo)熱聚合物基體(聚四氟乙烯、聚酰亞胺、芳綸和纖維素納米纖維等)復(fù)合紙由于其成本低、加工工藝簡(jiǎn)單，但其本身耐熱性差或機(jī)械性能差，在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。或者低導(dǎo)熱率限制了它們的應(yīng)用，不再保證高端電子電器熱管理領(lǐng)域的穩(wěn)定性和可靠性。
在已知的有機(jī)纖維中，PBO纖維具有最高的熱分解溫度(650℃)、最佳的拉伸強(qiáng)度(5.8 GPa)和拉伸模量(280 GPa)，被譽(yù)為21世紀(jì)的超級(jí)纖維。最近的研究表明，通過有機(jī)酸剝離得到的PBO納米纖維(PNF)可以保留PBO纖維優(yōu)異的力學(xué)性能和耐熱性。此外，它們的內(nèi)部含有高度定向的分子鏈和原始結(jié)晶度，具有比普通聚合物基體更好的導(dǎo)熱性，在導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合紙領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景
02
成果掠影
近期，西北工業(yè)大學(xué)顧軍渭/重慶師范大學(xué)Tang Yusheng團(tuán)隊(duì)通過“溶膠-凝膠”薄膜轉(zhuǎn)化工藝將表面功能化的氮化硼(m-BN)與聚對(duì)苯撐苯并二噁唑納米纖維(PNF)均勻復(fù)合，制備出仿貝殼珍珠層結(jié)構(gòu)的m-BN/PNF納米復(fù)合紙。本文采用“高溫固相&重氮鹽分解”法制備了聯(lián)苯胺功能化氮化硼(m-BN)。
展開 天津大學(xué)汪懷遠(yuǎn)教授團(tuán)隊(duì)CEJ：基于神經(jīng)元微結(jié)構(gòu)的高導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料
mBN42 PES/PVDF-H復(fù)合材料在加熱、冷卻循環(huán)測(cè)試中均保證了較高的熱穩(wěn)定性，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Foygel非線性模型擬合結(jié)果吻合較好。計(jì)算得到的界面熱阻(ITR)遠(yuǎn)低于采用熔融共混法所制復(fù)合材料，揭示了影響導(dǎo)熱性能的微觀因素。
圖3. (a) 復(fù)合材料的主體熱導(dǎo)率(b) 不同制備工藝的復(fù)合材料熱導(dǎo)率增強(qiáng)因子 (c)多次冷卻加熱循環(huán)后的復(fù)合材料熱導(dǎo)率 (d) 基于 Foygel 非線性模擬與類似研究工作的參數(shù)模擬結(jié)果. (e) 裝備不同散熱材料后射頻系統(tǒng)在不同測(cè)試距離中的典型誤碼率 (f) 基于有限元模擬的復(fù)合材料3D溫度分布的頂視圖與透視圖
在履帶式機(jī)器人平臺(tái)射頻系統(tǒng)的散熱表現(xiàn)中也體現(xiàn)出高效能散熱材料對(duì)核心電子器件性能的重要影響。在未來移動(dòng)通訊、搜救機(jī)器人等無人探測(cè)領(lǐng)域也體現(xiàn)出巨大應(yīng)用前景。
圖4.基于Arduino單片機(jī)構(gòu)建的可控式履帶式智能機(jī)器人
ANSYS有限元模擬也進(jìn)一步解釋了具有發(fā)達(dá)神經(jīng)元樣微結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料具有更高的熱通量和更高效的熱傳導(dǎo)性能。這些模擬結(jié)果有力地證實(shí)了傳熱網(wǎng)絡(luò)的成功構(gòu)建，并將微結(jié)構(gòu)高效傳熱過程可視化，突出了分子鏈設(shè)計(jì)和微結(jié)構(gòu)工程對(duì)實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱性的重要意義。
圖5.
展開 
具有三維結(jié)構(gòu)的高導(dǎo)熱絕緣PI/BNNS@rGO復(fù)合薄膜
為了保證設(shè)備的可靠性和延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，高頻電路板產(chǎn)生的熱量必須通過熱接口材料(TIMs)進(jìn)行散熱。理想的TIMs應(yīng)具有高導(dǎo)熱性、優(yōu)異的電絕緣性、柔韌性和輕量化，并適應(yīng)柔性電子等新興技術(shù)。
六方氮化硼(hBN)是石墨烯類似物，具有良好的力學(xué)性能、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以及超高的導(dǎo)熱系數(shù)(200-600 W/mK)，因此在聚合物基復(fù)合材料研究領(lǐng)域備受關(guān)注。研究結(jié)果表明，由于原h(huán)BN的聚集性和相容性較差，界面聲子振動(dòng)失配，導(dǎo)熱途徑不有效，因此hBN基復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)通常較低，不能滿足高導(dǎo)熱界面材料的要求。
由于具有較大的比表面積和豐富的邊基，氮化硼納米片BNNS在聚合物基質(zhì)中的分散性和相容性方面往往比未剝離的hBN具有前所未有的優(yōu)勢(shì)。然而，剝離后的BNNS橫向尺寸僅為100 nm，厚度達(dá)到10 nm。因此，制備厚度均勻、產(chǎn)率高的高質(zhì)量BNNS對(duì)于制備具有高導(dǎo)熱性能的柔性復(fù)合膜具有重要意義。
近年來，高性能PI納米纖維薄膜在導(dǎo)熱領(lǐng)域得到了廣泛的研究。以及利用氧化石墨烯/膨脹石墨復(fù)合制備了具有高導(dǎo)熱性的多層電磁干擾屏蔽柔性薄膜。根據(jù)其他研究結(jié)果表明，通過在BNNS之間建立橋梁來提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
02
成果掠影
近期，天津工業(yè)大學(xué)的范杰教授聯(lián)合中原工學(xué)院的何建新教授在制備柔性高導(dǎo)熱納米復(fù)合材料取得新進(jìn)展。采用水熱法和球磨法對(duì)NaOH-LiCl水溶液進(jìn)行分離，得到了大尺寸(1 ~ 1.5 μm)、超低厚度(2 nm)、高收率(80%)的BNNS。提出了一種簡(jiǎn)單的電紡絲-電噴涂技術(shù)，用于制備具有雙組分納米片填充納米纖維三維橋接結(jié)構(gòu)的高導(dǎo)熱絕緣納米復(fù)合膜。
展開 用于提高熱管理能力的高導(dǎo)熱且電絕緣的聚合物/氮化硼納米片納米復(fù)合薄膜
【引言】
由于其多功能性和易加工性，現(xiàn)代電氣系統(tǒng)和電子設(shè)備的熱管理應(yīng)用迫切需要導(dǎo)熱但電絕緣的聚合物復(fù)合材料。然而，增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱性通常以輕質(zhì)損失、柔韌性和電絕緣性的劣化為代價(jià)。本文報(bào)告了含有定向氮化硼納米片（BNNS）的先進(jìn)聚合物納米復(fù)合材料，其表現(xiàn)出高導(dǎo)熱性，優(yōu)異的電絕緣性和出色的柔韌性。這些納米復(fù)合薄膜可以通過靜電紡絲聚合物/BNNS納米復(fù)合纖維，垂直折疊電紡納米復(fù)合纖維，經(jīng)壓制而構(gòu)建。納米復(fù)合薄膜在33wt％BNNS負(fù)載量時(shí)具有超高的面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)。此外，與原始聚合物相比，納米復(fù)合膜具有優(yōu)異的電絕緣性能，例如低的介電損耗，較高的電阻率和擊穿強(qiáng)度。在電源器件中證明了納米復(fù)合薄膜的強(qiáng)大熱管理能力，這表明了管理高功率密度電子設(shè)備的熱平面內(nèi)高導(dǎo)熱性的重要性。
【成果簡(jiǎn)介】
導(dǎo)熱且電絕緣的聚合物材料已廣泛應(yīng)用于發(fā)光二極管（LED）、集成電子器件、能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，軍事武器和航空航天工業(yè)中，以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)臒峁芾怼ｋS著電氣系統(tǒng)和電子設(shè)備的快速性能演進(jìn)，傳統(tǒng)的聚合物復(fù)合材料不能滿足熱管理的高要求。因?yàn)榫酆衔?em>材料雖具有優(yōu)異的電絕緣性能，靈活性和設(shè)計(jì)自由度，但低固有導(dǎo)熱率限制了它們?cè)跓峁芾碇械倪m用性。因此，結(jié)合聚合物的優(yōu)點(diǎn)和填料的高導(dǎo)熱性的復(fù)合材料被認(rèn)為是理想的解決方案。其中，六方氮化硼納米片（BNNS）由于具有超高導(dǎo)熱性，寬帶隙（約5.9 eV）和高縱橫比2D形態(tài)，是有前途的導(dǎo)熱填料。
展開 上海交大黃興溢教授、鮑華教授合作《AFM》：高導(dǎo)熱輻射熱制冷絕緣材料
有鑒于此，上海交通大學(xué)電氣材料與絕緣研究中心黃興溢教授與密西根學(xué)院的鮑華教授緊密合作，開發(fā)了一種具有高導(dǎo)熱率的輻射制冷絕緣材料，該材料不僅具有高達(dá)98%的陽光反射率，可以實(shí)現(xiàn)全天輻射制冷效果，且該材料的高導(dǎo)熱特性使其可用于戶外設(shè)備的高效熱管理，有效降低器件、裝備的工作溫度。相關(guān)工作以“Thermo-Optically Designed Scalable Photonic Films with High Thermal Conductivity for Subambient and Above-Ambient Radiative Cooling”發(fā)表在《Advanced Functional Materials》。
通過對(duì)多種光散射體的理論計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)h-BN滿足制備高導(dǎo)熱輻射制冷材料的三個(gè)重要特性：
1. 具有恰好高于陽光能量的帶隙，這使其在陽光波段沒有吸收；
2. 具有高折光率，這使其與聚合物基體形成較大的折光率差異，有利于提高對(duì)陽光的散射效率；
3. 具有高導(dǎo)熱率，這使其可以有效提升材料整體的導(dǎo)熱率。
除此之外，與傳統(tǒng)的球形光學(xué)散射體不同，h-BN具有獨(dú)特的2D形狀，而散射體形狀會(huì)顯著影響散射行為。通過模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光與球形顆粒碰撞時(shí)，更多的是發(fā)生前向散射，即大部分光被散射后仍在向前傳播，沒有發(fā)生大的方向偏轉(zhuǎn)（圖2 g，h）；而當(dāng)光與2D顆粒碰撞時(shí)，背向散射的成分大幅增加，2D顆粒像屏障一樣將光反彈回入射方向，從而帶來高效的陽光反射（圖2 i，j）。這些特性使得h-BN在較低填料含量下就可實(shí)現(xiàn)更高的陽光反射率，且使材料整體的導(dǎo)熱率大幅提升。
圖 2 光學(xué)模擬。
展開 高絕緣-鐵電復(fù)合微粒顯著提高柔性聚合物復(fù)合材料的靜電儲(chǔ)能性能
近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院先進(jìn)材料科學(xué)與工程研究所（籌）在電介質(zhì)儲(chǔ)能材料領(lǐng)域獲得新進(jìn)展。該研究通過對(duì)填料粒子的設(shè)計(jì)，將具有高介電常數(shù)的鈦酸鋇粒子與具有高擊穿強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率的氮化硼納米片進(jìn)行結(jié)合，形成特殊結(jié)構(gòu)的復(fù)合粒子，與聚合物復(fù)合后可顯著提高復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度和介電儲(chǔ)能性能。相關(guān)論文以Significantly Enhanced Electrostatic Energy Storage Performance of Flexible Polymer Composites by Introducing Highly Insulating-Ferroelectric Microhybrids as Fillers（高絕緣-鐵電復(fù)合微粒顯著提高柔性聚合物復(fù)合材料的靜電儲(chǔ)能性能）為題發(fā)表在權(quán)威刊物Advanced Energy Materials（《先進(jìn)能源材料》，2018, 1803204，IF=21.875）。羅遂斌高級(jí)工程師為第一作者，于淑會(huì)研究員和孫蓉研究員為通訊作者。
圖(a) BT@BN復(fù)合顆粒的制備流程示意圖；(b) BT@BN復(fù)合顆粒TEM照片；(c) 復(fù)合材料擊穿強(qiáng)度。
電介質(zhì)儲(chǔ)能技術(shù)具有異常快的能量轉(zhuǎn)換速率，同時(shí)具有工作時(shí)間長(zhǎng)以及環(huán)境友好等特點(diǎn)，目前已經(jīng)在現(xiàn)代電子電力工業(yè)如可穿戴電子、混合動(dòng)力汽車、武器系統(tǒng)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著電子器件向小型化和高性能化方向的發(fā)展，迫切需要具有高儲(chǔ)能密度的電介質(zhì)材料。
為此，研究團(tuán)隊(duì)將氮化硼納米片（BNNS）與鈦酸鋇（BT）納米顆粒的分散液進(jìn)行混合和抽濾后，在較高溫度下處理，一定程度上熔融的BNNS將BT顆粒緊密包覆，形成復(fù)合顆粒BT@BN。
展開 一種新型高導(dǎo)熱系數(shù)的BN/硅橡膠復(fù)合薄膜材料
來源 | Chemical Engineering Journal
01
背景介紹
微納電子器件的爆炸式增長(zhǎng)刺激了對(duì)高性能熱界面材料(TIM)的需求，以解決其過熱問題。考慮到電絕緣性和柔韌性，采用高導(dǎo)熱填料的聚合物基復(fù)合材料(包括金屬、碳和陶瓷材料)受到了廣泛的關(guān)注。然而，金屬或碳填充復(fù)合材料的導(dǎo)電性不可避免的限制了其在電子器件中的應(yīng)用。因此，氮化硼、氧化鋁或氧化鎂等具有高導(dǎo)熱性和電子絕緣性的陶瓷填料是高性能TIM的候選填料。
其中，六方氮化硼(h-BN)由于其高平面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)(理論上高達(dá)2000 W/(mK))和優(yōu)異的電子絕緣而引起了特別的關(guān)注。為了有效地將熱源產(chǎn)生的多余熱量傳遞到散熱器，理想的TIM最好具有高的垂直導(dǎo)熱系數(shù)。到目前為止，聚合物/BN復(fù)合膜即使在高填料含量(~60 wt%)下的導(dǎo)熱系數(shù)一般小于10 W/(mK)。然而，這種聚合物膠合填料骨架，由于簡(jiǎn)單的物理接觸，相鄰填料之間的界面相互作用相對(duì)較弱，這在結(jié)處造成強(qiáng)烈的聲子散射，極大地限制了所得復(fù)合材料的導(dǎo)熱性增強(qiáng)。
聚合物-六方氮化硼(BN)復(fù)合材料因其高導(dǎo)熱性和優(yōu)異的電子絕緣性而成為電子器件理想的熱界面材料(TIM)。然而，由于BN填料的二維形狀和化學(xué)惰性，BN的垂直排列和巨大的熱阻是當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)，阻礙了聚合物/BN復(fù)合材料的高效傳熱。因此開發(fā)新型的材料制備策略調(diào)控填料的排列方式是非常重要的研究方向之一。
02成果掠影
近期，復(fù)旦大學(xué)陳敏教授團(tuán)隊(duì)在開發(fā)高導(dǎo)熱系數(shù)的硅基橡膠復(fù)合材料取得新的進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)提出通過結(jié)合一種新型的非溶劑誘導(dǎo)相分離工藝“原位焊接”策略。
展開 自組裝法制備高導(dǎo)熱氮化硼復(fù)合材料
來源 | Polymer
01
背景介紹
隨著集成電路芯片和電子設(shè)備小型化的快速發(fā)展，為防止芯片的熱失控，對(duì)熱管理材料提出了更嚴(yán)格的要求。此外，電子封裝材料經(jīng)常會(huì)遇到應(yīng)力破壞和漏電等嚴(yán)重問題。因此同時(shí)具有出色的電絕緣性和導(dǎo)熱性的熱界面材料成為了重點(diǎn)的研究方向。
然而，導(dǎo)熱系數(shù)的提高受到填料的含量和結(jié)構(gòu)的限制。此外，當(dāng)填充量高時(shí)，由于界面相互作用弱和應(yīng)力集中，復(fù)合材料的力學(xué)性能往往不理想。高填充量與高強(qiáng)度往往是相互矛盾的，這是復(fù)合材料機(jī)械加固的經(jīng)典問題。
為了解決這個(gè)問題，研究人員采用不同的方法，如逐層組裝、模板定向組裝、機(jī)械輔助壓制和磁場(chǎng)輔助等廣泛發(fā)展用于制備納米復(fù)合材料。但由于效率低和路線復(fù)雜，這些策略無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)制備，這在實(shí)際應(yīng)用中是非常不可取的。
二維BN具有較高的理論導(dǎo)熱系數(shù)和優(yōu)異的絕緣性能，是開發(fā)高導(dǎo)熱擬納米復(fù)合材料的合適候選填料。但是，由于高慣性和相對(duì)較大的厚度，h-BN在溶液中直接自組裝的報(bào)道很少。因此，研究h-BN的誘導(dǎo)取向?qū)τ趯?shí)現(xiàn)功能復(fù)合材料的規(guī)模化制備具有重要意義。
02
成果掠影
近期，華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的張玲教授在開發(fā)一種適合規(guī)模化熱界面材料制備技術(shù)方向取得新的進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)受天然珍珠特殊結(jié)構(gòu)和功能的啟發(fā)，通過綠色、簡(jiǎn)單的蒸發(fā)誘導(dǎo)組裝技術(shù)，可以大規(guī)模制備具有優(yōu)異導(dǎo)熱系數(shù)、高絕緣性和堅(jiān)固力學(xué)性能的納米級(jí)CS/BNNS薄膜。
值得注意的是，CS/BNNS薄膜在70 wt%時(shí)的拉伸強(qiáng)度高達(dá)104.5 MPa, 導(dǎo)熱系數(shù)為26.3 W/(m·K)，這是由于其取向良好的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)的界面相互作用。
展開 熱管理用高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷基復(fù)合材料研究進(jìn)展
來源 | 無機(jī)材料學(xué)報(bào)
作者 | 陳強(qiáng)，白書欣，葉益聰
單位 | 國(guó)防科技大學(xué) 空天科學(xué)學(xué)院，材料科學(xué)與工程系
原位 | DOI：10.15541/jim20220640
摘要：碳化硅陶瓷基復(fù)合材料以其高比強(qiáng)度、高比模量、高導(dǎo)熱、良好的耐燒蝕性能、高溫抗氧化性、抗熱震性能等特性，廣泛應(yīng)用于航空航天、摩擦制動(dòng)、核聚變等領(lǐng)域，成為先進(jìn)的高溫結(jié)構(gòu)及功能材料。本文綜述了高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷基復(fù)合材料制備及性能等方面的最新研究進(jìn)展。研究通過引入高導(dǎo)熱相，如金剛石粉、中間相瀝青基碳纖維等用以增強(qiáng)熱輸運(yùn)能力；優(yōu)化熱解碳與碳化硅基體界面用以降低界面熱阻；熱處理用以獲得結(jié)晶度更高、導(dǎo)熱性能更好的碳化硅基體；設(shè)計(jì)預(yù)制體結(jié)構(gòu)用以建立連續(xù)導(dǎo)熱通路等方法，提高碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。此外，本文展望了高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷基復(fù)合材料后續(xù)研究方向，即綜合考慮影響碳化硅陶瓷基復(fù)合材料性能要素，優(yōu)化探索高效、低成本的制備工藝；深入分析高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷基復(fù)合材料導(dǎo)熱機(jī)理，靈活運(yùn)用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的構(gòu)效關(guān)系，以期制備尺寸穩(wěn)定、具有優(yōu)異熱物理性能的各向同性高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷基復(fù)合材料。
展開 
用于電池?zé)峁芾淼?em>高導(dǎo)熱柔性復(fù)合相變材料
來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
隨著電動(dòng)汽車（EV）和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）的發(fā)展，鋰離子電池因其高容量、高電壓、高能量密度和低自放電率而受到廣泛關(guān)注。然而，動(dòng)力鋰電池組在行駛過程中總會(huì)產(chǎn)生不同程度的熱量。如果鋰離子電池產(chǎn)生的熱量沒有及時(shí)散發(fā)，電池的電化學(xué)性能會(huì)隨著熱量積累而下降。當(dāng)這種積熱達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致熱失控，甚至起火爆炸。因此，有必要對(duì)電池模塊提出有效的電池?zé)峁芾矸椒ǎ源_保電池在正常的安全溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。
根據(jù)傳輸介質(zhì)的不同，目前已深入研究了空氣冷卻、液體冷卻和相變材料（PCM）冷卻三種冷卻方法。在這些方法中，空氣和液體冷卻作為主動(dòng)冷卻方法通常需要額外的設(shè)備、大空間、高消耗并且增加電動(dòng)汽車的重量。相比之下，PCM作為被動(dòng)冷卻方法，具有潛熱高、無需額外動(dòng)力設(shè)備、成本低等優(yōu)點(diǎn)，近年來備受關(guān)注。復(fù)合相變材料（CPCM）作為被動(dòng)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)（BTMS）仍然面臨著易泄漏、高剛性和低導(dǎo)熱率等諸多挑戰(zhàn)。
02
成果掠影
近期，廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院李新喜老師團(tuán)隊(duì)提出了一種具有高抗?jié)B漏和導(dǎo)熱性能的多功能柔性CPCM，利用聚乙二醇和六亞甲基二異氰酸酯的聚合和交聯(lián)反應(yīng)從本質(zhì)上解決了CPCM的滲漏問題。結(jié)果表明，CPCM表現(xiàn)出優(yōu)異的抗?jié)B漏和彈性性能。
特別是在3wt%氮化鋁和 2 wt% 碳納米管的協(xié)同作用下，CPCM的導(dǎo)熱系數(shù)明顯提高了2.8倍。此外，采用多功能柔性CPCM的電池模塊即使在1.5C放電倍率下最高溫度也能控制在45℃以下，相應(yīng)溫差保持在4.3℃以內(nèi)。
展開 一種用于電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的高導(dǎo)熱防漏復(fù)合相變材料
其中鋰離子電池以其能量密度高、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)作為電動(dòng)汽車的主要能源。電池系統(tǒng)的性能和壽命受到工作溫度的限制。隨著能量密度的增加，電池在運(yùn)行過程中必須產(chǎn)生大量的熱量。如果電池產(chǎn)生的熱量沒有及時(shí)散發(fā)出去，就會(huì)損害電池的工作性能、使用壽命。它很容易發(fā)生熱失控導(dǎo)致大規(guī)模的火災(zāi)事故。
近年來，各種電池模塊的冷卻方法得到了廣泛的研究。包括風(fēng)冷和液冷在內(nèi)的主動(dòng)冷卻方式一般需要額外的輔助消耗設(shè)備和空間，這將相應(yīng)地提高成本和重量。相比之下，基于相變材料PCM的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)(BTMS)因其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、冷卻效率高、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。聚乙二醇(PEG)作為一種節(jié)能環(huán)保的儲(chǔ)能材料材料引起了人們的廣泛關(guān)注，它被認(rèn)為是一種相變材料是一種很有前途的儲(chǔ)熱材料熔點(diǎn)熱大，熔點(diǎn)均勻，無腐蝕性，熔點(diǎn)范圍寬。
然而，聚乙二醇是一種經(jīng)典的固-液相變物質(zhì)，必須包裝在其中特殊密封容器。為了解決這一典型的泄漏問題，采用熔融浸漬法制備了形狀穩(wěn)定的PEG基CPCM。為提高了相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)進(jìn)一步提高冷卻效果，一般來說導(dǎo)熱性能通過加入高導(dǎo)電性熱添加劑，如金屬粉末、碳納米管(CN)、石墨烯、氮化鋁(AlN)和膨脹石墨(EG)來優(yōu)化。但是當(dāng)導(dǎo)熱填料粉末作為導(dǎo)熱促進(jìn)劑添加到PCM中，這些小顆粒會(huì)聚集在一起形成更大的團(tuán)簇，這對(duì)形成連續(xù)換熱網(wǎng)絡(luò)有負(fù)面影響將限制優(yōu)化熱導(dǎo)率。
復(fù)合相變材料（CPCMs）作為被動(dòng)冷卻系統(tǒng)在電池組中具有很大的應(yīng)用潛力。但其固有的漏電性和較低的導(dǎo)熱系數(shù)限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的廣泛應(yīng)用。因此，探索一種有效、優(yōu)越的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)(BTM)，確保電池在合適的溫度范圍內(nèi)工作，抑制鋰電池的熱傳播，將極大地提高電動(dòng)汽車的安全性，降低事故風(fēng)險(xiǎn)。
展開 研究 \\ 氮化硼高度垂直排列取向的橡膠基高性能導(dǎo)熱復(fù)合材料
由于動(dòng)態(tài)交聯(lián)BR的重排機(jī)制及其優(yōu)異的可再加工性，成功完成了后續(xù)的焊接工藝，制備出高垂直排列的BN/BR復(fù)合材料（VAC）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過掃描電鏡和小角度X射線驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的VAC具有強(qiáng)取向的微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果，當(dāng)BN含量為52 vol %時(shí)，VAC達(dá)到了前所未有的面外導(dǎo)熱系數(shù)(14.1 W/mK)，并且與商業(yè)TIM相比，芯片運(yùn)行溫度大大降低。除了優(yōu)異的導(dǎo)熱性外，BN/BR復(fù)合材料還具有優(yōu)異的電絕緣性和阻燃性。該仿生復(fù)合材料的簡(jiǎn)單制備和可擴(kuò)展性為高性能復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和制備開辟了新的道路。研究成果以“Vitrimer-Assisted Construction of Boron Nitride Vertically Aligned Nacre-mimetic Composites for Highly Thermally Conductive Thermal Interface Materials ”為題發(fā)表于《Chemistry of Materials》。
03
圖文導(dǎo)讀
圖1.(a)天然貝殼珠層的微觀結(jié)構(gòu)，(b)模擬珍珠微結(jié)構(gòu)VAC的制造示意圖。
圖2.VAC的微觀結(jié)構(gòu)及內(nèi)部的BN取向度測(cè)試。
圖3.VAC材料的XRD結(jié)構(gòu)示意圖以及不同含量下取向的情況和實(shí)物形變照片。
圖4.復(fù)合材料的焊接示意圖以及焊縫照片和取向因子的計(jì)算。
圖5.VAC的導(dǎo)熱性能測(cè)試。
展開 自堆疊三維各向異性的PANF- BNNS/EP高導(dǎo)熱納米復(fù)合材料
來源 | ACS Applied Materials Interfaces
01
背景介紹
隨著現(xiàn)代智能電子和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，開發(fā)具有高功率密度和小型化的新型電子器件成為人們研究的熱點(diǎn)。聚合物基復(fù)合材料具有易于加工、良好的電絕緣性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，是新型設(shè)備中應(yīng)用最多的材料。然而，聚合物基復(fù)合材料的低導(dǎo)熱性和高溫穩(wěn)定性差限制了其應(yīng)用范圍為了獲得更高的散熱能力，添加具有高導(dǎo)熱性的碳材料(如石墨烯)或無機(jī)材料(如氧化鋁和氮化硼)等填料是一種優(yōu)化方法。
六方氮化硼納米片(BNNSs)的寬禁帶(5 ~ 6 eV)、類石墨結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的結(jié)晶度使其具有高導(dǎo)熱性、優(yōu)異的電絕緣性能和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。然而，制備具有高導(dǎo)熱性的BNNS/聚合物復(fù)合材料通常采用共混方法，這不僅需要大量填充劑，而且會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料的機(jī)械和電氣絕緣性能惡化。通過對(duì)BNNS表面的功能化、聚合物的改性和微觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等方面的努力，已被用于解決這一問題其中，微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一種有效的方法。
例如，通過使用添加劑(如聚乙烯醇(PVA)和纖維素納米纖維(CNF))，將BNNS構(gòu)建成三維(3D)各向異性結(jié)構(gòu)，構(gòu)建定向導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以極大地提高環(huán)氧樹脂(EP)基復(fù)合材料的導(dǎo)熱性。增強(qiáng)的主要原因是緊密連接的BNNS形成的有序結(jié)構(gòu)減小了界面熱阻和聲子散射。然而，這種3D各向異性結(jié)構(gòu)的構(gòu)建往往需要特定的條件，從而導(dǎo)致成本增加和影響大規(guī)模應(yīng)用。因此，創(chuàng)建一種更有效的方法來構(gòu)建具有更好結(jié)構(gòu)的三維各向異性BNNS骨架是至關(guān)重要的。
2011年，Kotov的團(tuán)隊(duì)通過在強(qiáng)極性堿性溶劑中分解宏觀的對(duì)芳綸纖維，獲得了芳綸納米纖維(ANFs)高比表面積的特性賦予了ANF優(yōu)異的可加工性，使其成為一種很有前途的納米材料。
展開 高導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
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