導熱高分子的案例
西工大顧軍渭教授《Research》：導熱高分子復合材料界面熱障重要研究成果
高分子材料由于輕質、高比強度/比模量、易成型加工、優良的化學穩定性和低成本等，常被用于能源、電氣/電器和電子領域中。但其本體導熱系數低（λ在0.18～0.44 W/mK之間），無法適應有機太陽能電池、儲能材料、特高壓輸電設備和大功率LEDs等電子、電氣設備及元器件高效快速的導/散熱要求。
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）課題組長期聚焦本征高導熱高分子的設計合成以及導熱高分子復合材料的可控制備及內稟機理研究。近5年來，在**重點項目、國家自然科學基金、陜西省自然科學基礎計劃杰出青年基金項目和廣東省基礎與應用基礎研究基金重點項目等的資助下，SFPC課題組系統開展了本征高導熱高分子的設計合成、新型異質結構填料的優化制備、導熱填料的表面功能化改性，以及導熱高分子復合材料的制備調控、導熱模型構建和導熱機理研究，并基于本征導熱、共混復合和外場誘導成型加工，“基體-界面-填料”的熱傳輸性質以及“分子鏈-導熱通路-導熱性能”本構關系研究，制備出多種導熱高分子復合材料及制品，完善和發展了其導熱機理。
展開 氧化鋁在導熱絕緣高分子復合材料中的應用
為保證電子元器件在使用環境溫度下仍能高可靠性地正常工作。需要開發導熱絕緣高分子復合材料替代傳統高分子材料，作為熱界面和封裝材料，迅速將發熱元件熱量傳遞給散熱設備，保障電子設備正常運行。
1.填料的導熱機理
高分子材料本身的熱傳導系數比較小 ，所以填充型高分子復合材料導熱性能主要依賴于填充物的導熱系數，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，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，導熱性提高不大；填料用量提高到某一臨界值時，填料間形成接觸和相互作用，體系內形成了類似網狀或鏈狀結構形態，即形成導熱網鏈。當導熱網鏈的取向與熱流方向一致時，材料導熱性能提高很快；體系中在熱流方向上未形成導熱網鏈時，會造成熱流方向上熱阻很大，導致材料導熱性能很差。
制造具有優良綜合性能的導熱材料一般有兩種途徑：一種是合成具有高熱導率的結構聚合物；另一種是在聚合物中填充高導熱性的填料。后者比較常見。一般都是用高導熱性的金屬或無機填料對高分子材料進行填充。氧化鋁（VK-L04R,VK-L600D）通常作
為填料應用于絕緣導熱高分子復合材料。
2 氧化鋁的形態及表面處理
2.1 氧化鋁（VK-L04R,VK-L600D）作為導熱絕緣材料的特點
具有導熱電絕緣性能的填料很少。常見的幾種及其熱導率分別見表1。實驗研究證明，當填料與基體熱導率之比大于100時。提高填料導熱系數已意義不大。這 就意味著應用電絕緣填料如Al2O3，MgO、BeO、AlN等可制備具有較高導熱性能的電絕緣復合材料.與其他填料相比Al2O3（VK-L04R,VK-L600D）的導熱率不高，但是其價格較低，來源較廣，填充量較大，常用作絕緣導熱聚合物的填料。Al2O3通常單獨使用或與其他填料混合使用。
展開 西工大顧軍渭教授《Macromolecules》：本征高導熱液晶聚酰亞胺膜
Technol.》綜述：樹脂基透波復合材料
西北工業大學顧軍渭教授課題組：電磁屏蔽高分子復合材料新進展
陜科大馬忠雷副教授和西工大顧軍渭教授在柔性高強MXene基多功能電磁屏蔽材料方面取得新進展
西北工業大學顧軍渭教授在電磁屏蔽高分子復合材料領域取得新進展
西北工業大學顧軍渭教授在導熱高分子復合材料領域取得新進展
陜科大馬忠雷副教授和西工大顧軍渭教授合作開發出一種基于高強耐熱芳綸納米纖維的快速響應高溫柔性電熱膜
西安交大張彥峰研究員和西北工大顧軍渭教授合作開發一種新型廉價可回收利用自修復形狀記憶高分子材料
美國阿克倫大學朱家華副教授和西北工業大學顧軍渭教授發表綜述論文：聚合物及聚合物基復合材料界面傳熱研究
西北工大顧軍渭教授與美國阿克倫大學朱家華博士發表聚合物基導熱復合材料的綜述論文
西北工業大學顧軍渭教授在聚合物基導熱復合材料領域取得新進展
西北工大顧軍渭教授與華東理工大學陳彧教授合作: 共軛高分子共價修飾黑磷及在信息存儲中的應用
高分子科技原創文章。
展開 基于超彈性雙連續網絡靈活調控復合材料導熱性能
導熱高分子復合材料因其良好的綜合特性，而在能源化工、通訊衛星、高速飛行器及人工智能等領域的熱控系統發揮重要作用。近年來，國內外研究人員通過模板法、自組裝法、化學氣相沉積等方法預制三維連續導熱網絡，結合高分子基體的浸漬和固化制備了一系列高導熱高分子復合材料。這些研究豐富了三維連續導熱網絡結構體系，推動了導熱高分子復合材料的快速發展。
研究表明，一方面，導熱網絡的構建能夠促進聲子在整個網絡的高效傳遞、提升復合材料的導熱性能；另一方面，聲子作為熱流的載體，其傳遞路徑的密度和分布也是決定導熱網絡熱流傳輸能力的關鍵，進而深刻影響復合材料的三維導熱性能。因此，發展新型高導熱高分子復合材料，不僅需要搭建導熱網絡，更重要的是要研究和實現對三維連續導熱網絡的精準、可控調節，進而可控調節和改善復合材料的三維導熱性能。
近日，天津理工大學陳莉教授團隊與天津大學封偉教授團隊合作，通過石墨烯在密胺網絡的組裝構建了超彈性石墨烯@密胺雙連續三維網絡，結合高分子基體的浸漬與固化制備高導熱復合材料。在固化過程中，借助三維壓縮模具，通過控制雙連續網絡的壓縮率和壓縮維度對石墨烯導熱網絡的取向度和質量含量進行精準控制。對于單向壓縮復合材料，當壓縮率大于70%時，復合材料的水平導熱系數迅速提高，當壓縮率為95%時，復合材料中石墨烯的含量達到2.6 wt%，復合材料的水平導熱系數達到1.68 W/mK，是未壓縮樣品導熱系數（0.175 W/mK）的近10倍。對于三向壓縮復合材料，復合材料導熱系數呈現各向同性，當三向壓縮率為70%時，復合材料中石墨烯的含量為4.82 wt%，復合材料的導熱系數達到2.19 W/mK。
展開 
技術研究 | 液體高分子材料導熱系數測試技巧
圖7 測試的溫升擬合曲線
表3 不同三層模型擬合液體熱擴散系數結果
實驗結果表明：
1） 液體的熱擴散系數測試結果標準偏差為4.3%，而激光閃射儀測量擬合誤差為±5%，在誤差范圍內，說明利用激光閃射法測試液體的導熱系數結果是可取的。
2） 選用三層的擬合模型需要考慮正面和背面的熱損失，采用“三層+脈沖修正”模型擬合熱擴散系數的不確定度低，質量越高，水平越高，其結果可信度比三層絕熱模型擬合的高。此外，通過R2擬合結果說明其計算范圍越寬，擬合模型對于測量總體變差的解釋程度就越高。因此，需要在測試液體熱擴散系數時選用“三層+脈沖修正”模型。
案例分析
從測試結果和擬合數據可以看出，儀器本身自帶的樣品框和測試結果分析軟件可以滿足對液體導熱系數測試的需求，保證了測試結果的穩定性，而且激光閃射導熱儀的測試溫域寬、周期短等特點可有效地提高測試效率。
經驗與建議
對于激光閃射法導熱系數的測試，需要充分利用儀器測試材料適應性廣的特點，從自帶軟件中選用合適的計算模型，進行測試方法開發來滿足業務需求。
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技術咨詢：13798034445王工
展開 貴州大學謝蘭教授團隊：高導熱的高性能電磁屏蔽材料
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展開 西工大史學濤副教授/顧軍渭教授《J Mater Sci Technol》：導熱高分子復合材料研究成果
現就職于西北工業大學化學與化工學院，任西北工業大學倫敦瑪麗女王大學工程學院高分子材料與工程系主任、化學與化工學院化學與化工實驗中心副主任。主持完成國家自然科學基金、陜西省自然科學基金、航天科學技術基金等多項國家級/省部級課題。近年來以第一作者或通訊作者在Biomacromolecules, Compos Part A-Appl S, Chem Eng J等期刊發表SCI論文30余篇（3篇論文入選ESI高被引論文）。
張睿涵，中共黨員，陜西西安人，2018級碩士研究生（推薦免試）。2018年在廣西大學獲學士學位，同年加入顧軍渭教授SFPC課題組攻讀碩士學位。主要從事玻璃纖維的表面功能化改性及其玻璃纖維/環氧樹脂導熱復合材料的制備和內稟機制研究。獲第五屆“光威杯”中國復合材料學會大學生科技創新競賽全國特等獎（全國唯一）；2019~2020學年“柯盛新材”（碩新）專項獎學金。參與國家自然科學基金1項、陜西省自然科學基礎計劃杰出青年基金項目1項。以第一作者在J Mater Sci Technol和Chinese J Polym Sci上發表學術論文2篇；參與國內會議2次；公開國家發明專利1件。
顧軍渭，教授/博導、陜西省杰出青年科學基金獲得者、高分子電磁功能材料陜西省“三秦學者”創新團隊核心人員（排名第2）。現任化學與化工學院副院長、陜西省高分子科學與技術重點實驗室副主任、無人系統技術研究院智能材料與結構研究所所長；兼任中國復合材料學會導熱復合材料專業委員會常務副主任、中國化學會高級會員、英國皇家化學會會員等。主要從事功能高分子復合材料（導熱、電磁屏蔽、吸聲等）和纖維增強樹脂基復合材料（透波、耐燒蝕等）的結構/功能一體化設計制備及加工研究工作。
展開 還記得飚文言文致謝的高分子博士嗎？畢業之際再放大招《Chem. Mater.》：簡易構建用于智能火災報警器的超高導熱/阻燃柔性膜
論文鏈接地址：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.chemmater.1c00113
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展開 中科院廣州化學研究所屈貞財博士、吳昆研究員《CEJ》：基于共價鍵連接的高導熱/阻燃柔性膜
與傳統的金屬導熱材料相比，導熱高分子材料具有質量輕、成本低、易加工、電絕緣性好等優點，成為當前導熱材料的研究熱點。但是，由于高分子鏈段的無序性，其本征導熱系數通常都很低（< 0.5 W?m-1?K-1）。同時，由于高分子材料富含碳、氫和氧元素，具有高度易燃性，對電子器件的安全性構成潛在威脅。因此，如何同時賦予高分子材料優良的導熱和阻燃性一直是電器領域的重點攻關難題。
為解決上述問題，中科院廣州化學研究所屈貞財博士和吳昆研究員在前期使用不同方法功能化磷烯（BP）的基礎上（物理包埋作用：Chemical Engineering Journal 2019(382): 122991）、（孤對電子鈍化技術：Chemical Engineering Journal, 2020(397): 125416，Composites Part B: Engineering, 2020(202): 108440），報道了一種利用共價鍵連接磷烯（BP）和多壁碳納米管（MWCNTs）制備出同時具有高導熱和阻燃性的納米填料（BP-MWCNTs），并將其加入到納米纖維素（CNF）中，制備了超高導熱/阻燃的柔性膜（圖1）。
圖1 BP與MWCNTs共價結合及其CNF復合膜的制備過程
研究人員首先通過球磨BP晶體和尿素制備了氨基功能化的BP納米片（BP-NH2），隨后在1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺（EDC）和N-羥基琥珀酰亞胺（NHS）的作用下，利用BP-NH2與羧基化的多壁碳納米管（MWCNTs-COOH）共價反應，成功將BP納米片和MWCNTs共價連接（圖2）。
展開 利用LAMMPS 實現導熱的分子動力學模擬
1. LJ體系的熱導率模擬
1.1.問題描述
1.2模型說明
具體模型如圖1.1所示。本次模擬采用LJ約化單位，晶體為面心立方結構，晶格參數為0.6，沿x（100）、y（010）方向為10倍晶格長度，z（001）方向為20倍晶格長度。采用compute chunk/atom將模型沿著z方向分成20塊，設置底端0-1倍晶格長度為熱端，中間10-11為冷端。模擬溫度為1.35。先讓模型在該溫度下NVT弛豫1000步。然后再使用NVE系綜，冷熱源采用langevin控溫。熱端設置為1.7，冷端設置為1.0，弛豫到熱源和冷源的溫差達到相對穩定的狀態。這時整體的熱流基本也達到了穩定狀態。此時再繼續運行20000步，統計冷源和熱源的動能轉移和溫度分布情況，用以計算熱導率。
圖1.1：晶體模型示意圖
1.3結果整理與分析
在最后一1000步的溫度梯度和溫差波動如圖1.2所示，可以明顯看出熱端和冷端的溫度差，熱流保持著相對穩定的狀體。由于本次計算采用周期性體系，因此溫度呈現V形分布。具體熱導率的計算過程為：
（1） 熱流密度計算:
總轉移能量為(Q)：參與能量轉移的原子數*(熱端轉移能量-冷端轉移能量）/2；
總計算時間為(t)：時間步長*運行步數
截面積：lx*ly
熱流密度:
(2) 溫度梯度計算：
平均溫差(dt)：0.57；
溫度梯度（考慮周期性）：dt/2/lz
因此本次計算的熱導率為3.39
圖1.2：最后一1000步的溫度梯度（左）和模擬過程中的溫差波動
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展開 .》： 復合材料導熱網絡研究取得新進展
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GPC與APC：誰更適合于高分子材料分子量測試分析
高分子材料問世至今僅有一百多年的歷史，但其發展速度之快及應用范圍之廣，使它和鋼鐵、木材、水泥一起構成現代社會的四大基礎材料。與其它材料相比，高分子材料具有非常優良的成型加工性能和機械強度，這與其特殊的結構、分子量大小和分子量的差異程度（分子量分布）有著非常密切的關系。
因此，掌握平均分子量和分子量分布等信息，對于高分子材料的研究、開發、制備以及生產工藝管理和品質把控等方面至關重要。
PART 01
一、分子量測試常用設備
GPC也可稱為體積排阻色譜(SEC)，是一種用溶劑作流動相，多孔性填料或凝膠作為分離介質的柱色譜。接上不同的檢測器，GPC可以同時測定聚合物的各種相對分子質量及其分布。
超高效聚合物色譜儀（Advanced Polymer Chromatography，APC），在高分子化合物的分子量及分子量分布測定中具有顯著優勢，與傳統的凝膠色譜儀比較，提高了分離度，尤其在相對較小分子部分，獲得了更好的分離效果，可以得到較為準確的分子量和分子量分布，分析速度快，由于使用了小顆粒的凝膠色譜柱，分離速度大大提升，平均分析時間縮短了3~5倍。
展開 西北工業大學田威教授系統評述：超分子拓撲高分子的合成、組裝及功能
超分子聚合物是超分子科學和聚合物科學的交叉研究方向。與傳統的共價型聚合物不同，由非共價鍵作用（如：多重氫鍵、π-π堆積、金屬配位和主客體作用等）形成的超分子聚合物，具有動態可逆的本質和刺激響應性等物理化學性質。具有特定拓撲形態的超分子聚合物可稱為超分子拓撲高分子，其結合了非共價鍵的動態可逆特性和共價型拓撲高分子的結構特點與性質。超分子拓撲高分子的合成策略靈活多樣，不同構筑基元、拓撲結構和非共價鍵等可以呈現出不同的組合形式，極大地豐富了超分子聚合物的物種。超分子拓撲高分子還可以進一步自組裝形成不同形貌的聚集體，例如：膠束、囊泡、納米線、納米管和二維/三維結構等。由于動態可逆特性和特定功能基元的存在，超分子拓撲高分子自組裝體具有刺激響應等特性，因此有望在生物醫藥、光電器件和自修復材料等領域得到廣泛應用。
超分子拓撲高分子的研究方興未艾，建立新的理論機制和合成方法，發展組裝新結構和組裝新方法，實現其在特定應用領域的特有價值，仍然是本領域的重要發展方向和前沿研究課題。
西北工業大學田威教授課題組
應邀系統地評述了超分子拓撲高分子的最新進展。首先重點強調了利用直接或間接方法來構筑超支化、樹枝狀、星形、刷形、交聯型和環形等超分子拓撲高分子的策略，其次從內部結構參數和外部環境響應兩方面介紹了調控超分子自組裝行為的主要方法，然后對其在生物醫用材料、光電活性材料以及自修復材料等領域的潛在應用進行了較為全面的總結，最后指出了超分子拓撲高分子研究領域目前存在的關鍵問題和重要挑戰。
展開 一種基于高導熱/高強度的石墨烯基復合膜
來源 | Nano-Micro Letters
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背景介紹
高導熱、高強度的柔性導熱復合材料已經成為解決高功率密度柔性電子器件散熱問題的關鍵材料。石墨烯基導熱復合材料因石墨烯本征熱導率高和獨特的二維結構，賦予其較好的導熱性能。然而復合材料中石墨烯納米片在干燥時會收縮引入褶皺，大大降低了復合材料導熱性能和力學性能的進一步提高。本文基于面內拉伸策略和溶膠-凝膠-薄膜轉換法制備了消除石墨烯納米片褶皺的復合膜，提高了了石墨烯納米片沿面內方向的取向度，并進一步增強了石墨烯納米片與基體之間的界面相互作用。制備的復合膜具有高熱導率(146 W/mK)、高拉伸強度(207 MPa)和高熱穩定性的優點，使其能夠作為熱管理材料有效冷卻柔性電子設備。石墨烯基導熱復合材料可作為高效熱管理材料用于冷卻高功率電子器件。然而，將柔性石墨烯納米片組裝成宏觀導熱復合材料時，在基于溶液的自發干燥過程中，毛細管力誘導石墨烯納米片向內收縮形成褶皺，從而大大降低了復合材料的熱導率。
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成果掠影
近日，南京大學姚亞剛團隊針對高功率器件的散熱所使用的導熱復合材料取得最新進展。通過對具有氫鍵和π-π相互作用的石墨烯納米片/芳綸納米纖維(GNS/ANF)復合水凝膠網絡進行平面內拉伸，抑制了石墨烯納米片在干燥過程中由于毛細作用力導致的向內收縮，消除了石墨烯納米片的褶皺并使之在平面內高度取向排列，從而產生了快速的面內熱傳遞通道。消除了石墨烯納米片褶皺的復合膜(GNS/ANF-60 wt%)具有高熱導率(146 W/mK)和高拉伸強度(207 MPa)，這些優異性能的結合使GNS/ANF復合膜能夠有效地用于冷卻柔性LED芯片和智能手機，在柔性電子設備的熱管理中顯示出廣闊的應用前景。
展開 復旦大學唐萍課題組近期研究進展：締合高分子的線性粘彈性--分子理論與模擬
締合高分子是一類含有可逆非共價相互作用的特殊高分子體系，其中的粘性基體或粘性鏈段（通常稱為“sticker”）可以彼此間以氫鍵、π-π堆積、金屬配位等形式發生可逆的締合反應。這些締合高分子具有廣泛的用途，不僅可以用于實現諸如自愈合、形狀記憶等功能材料，也因其獨特的流變學性質廣泛用于相關領域，如作為流變調節劑使用。因此深刻理解締合高分子的流變現象具有普遍意義。
目前在不考慮稀溶液條件下的流體力學效應以及高分子纏結效應時，可以通過拓展經典Rouse模型理解締合高分子的線性粘彈性。基于高分子體系中應力的分子表達形式，他們指出，從分子層面理解締合高分子體系流變學行為的關鍵在于如何描述一條締合高分子單鏈處于其它高分子鏈背景下的布朗運動。為此他們提出了粘性Rouse模型（Sticky Rouse Model, SRM），其物理圖景如圖1(b)所示，即考察具有不同運動能力的鏈段在一個均質背景中的運動。運動能力的差異用一個表觀摩擦系數參數δ表示，直接由締合強度決定。
圖1 描述締合高分子鏈布朗運動的兩種物理圖景
與圖1(a)所示的直觀物理圖景相比，SRM在計算上更為方便，同時又真正將分子層面的結構和運動行為與宏觀力學性能聯系起來，是一個普遍適用的分子理論模型。他們在SRM的框架下開展了大量的理論計算，其中最關鍵的是對運動方程進行簡正化處理，即求出他們所定義的粘性Rouse-Zimm矩陣的本征值與本征向量。通過計算發現，基于SRM不僅可以得到與實驗結果一致的粘彈性函數，并且進一步通過本征值得到了松弛時間譜的完整信息，以及通過本征向量分析出了分子運動模式的變化。
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