高導熱材料設計的案例
封偉教授編著的《智能導熱材料的設計及應用》由清華大學出版社出版發行
研究主要包括微納材料結構設計、導熱納米粒子的定向控制、高導熱智能材料設計、高新熱管理應用技術、芯片智能導熱材料設計及應用等,為智能導熱材料的突破和發展奠定了基礎。
天津大學封偉教授帶領的功能有機碳復合材料研究團隊，10多年來圍繞碳納米材料和功能高分子的制備、結構調控、多尺度復合及力學和導熱性能開展創新研究,近年來在智能導熱復合材料的前沿創新領域,掌握了導熱結構設計、碳納米材料的可控制備、界面結構修飾及多尺度可控復合等多項關鍵技術。
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★ 平臺聲明
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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
圖片來源詳見論文（A部分：Chemical Engineering Journal, 2020, 383, 123072（高被引論文）; B部分: ACS Sustainable Chemistry &Engineering, 2020, 8, 4427; C部分：Journal of Materials Chemistry A, 2020, 8, 14506.）
為了提高聚合物導熱性能，謝蘭教授團隊前期利用強剪切流動場與層層自組裝技術，從多維填料協同、多元異質結構設計（圖1B/C）及填料多尺度構建（圖1C）等方面搭建有序層狀網絡結構，研究了生物質基復合材料“結構-界面熱阻-導熱性能”的關系（圖1），最終實現生物質基復合材料的強韌性及其高導熱性能。
圖2. 高導熱的NFC/Fe3O4＆CNT/PEO薄膜的電磁屏蔽效果展示及其機理示意圖。
基于前期研究工作，謝蘭教授團隊進一步采用“交替多層”設計思路構建了包含納米纖維素/四氧化三鐵（NFC/Fe3O4）層和碳納米管/聚環氧乙烷（CNT/PEO）層的交替多層薄膜。其復合膜展現了優異的電導率、導熱系數以及出色的電磁屏蔽效能（EMI SE）。NFC/Fe3O4＆CNT/PEO柔性薄膜同時具有出色的EMI SE和導熱系數，在通信行業，便攜式電子設備和機器人關節中具有潛在的應用前景。
圖3.復合材料的導熱與電磁屏蔽性能。
本研究成果第一作者為貴州大學材料與冶金學院2018級碩士研究生李毅，通訊作者是薛白博士和謝蘭教授。
展開 技術研究 | 液體高分子材料導熱系數測試技巧
1、背景描述
導熱系數是表征材料導熱性能的一個重要參數，它不僅是評價材料熱學特性的依據，也是材料在設計應用時的一個依據。目前，測量導熱系數的實驗多以固體為測試樣品。對于液體，由于導熱系數較小，基本屬于不良導熱體，而且液體具有流動性，特別是在加熱時，液體內因溫差而形成的對流將使其導熱系數的準確性降低。而隨著近年來納米流體具有優異的傳熱性能，成為了一種新型的導熱介質，滿足了熱系統高負荷的傳熱冷卻要求和微尺度狀態下的強化傳熱要求，在殼管式、雙管式、平板式等不同類型換熱器中的傳熱研究需求也不斷增大，廣泛應用于汽車、化工、太陽能集熱等不同領域。這也對液體的導熱性能測試提出了需求，現目前已有導熱性能的測試手段有6種，根據傳熱的特點和原理進行劃分。文獻調研統計發現，液體導熱系數測試多以穩態平板法為主，但在重復穩態測量時，即使設定加熱盤和環境溫度不變，穩態所對應的樣品上下表面的電壓也有起伏，由于其差值比較小，其值的微小變化會對結果造成比較大的影響，而且需要通過其他軟件進行相關結果的擬合。而非穩態中激光閃射法具有適用性強，測試結果精確等特點，而且本身帶有測試液體的樣品支架和軟件擬合模型，如圖1所示。
圖1 樣品框圖（左圖為樣品和支架圖，右圖為實體樣品支架）
圖2 儀器結構示意圖
其測試原理為：當進行樣品Z軸方向上測試，一定的設定溫度 T（恒溫條件）下，由激光源（或閃光氙燈）在瞬間發射一束光脈沖，均勻照射在樣品下表面，使其表層吸收光能后溫度瞬時升高，并作為熱端將能量以一維熱傳導方式向冷端（上表面）傳播，使用紅外檢測器連續測量上表面中心部位的相應溫升過程，如圖2所示。因此，需要對激光閃射導熱儀的液體測試方法進行開發。
展開 自組裝法制備高導熱氮化硼復合材料
來源 | Polymer
01
背景介紹
隨著集成電路芯片和電子設備小型化的快速發展，為防止芯片的熱失控，對熱管理材料提出了更嚴格的要求。此外，電子封裝材料經常會遇到應力破壞和漏電等嚴重問題。因此同時具有出色的電絕緣性和導熱性的熱界面材料成為了重點的研究方向。
然而，導熱系數的提高受到填料的含量和結構的限制。此外，當填充量高時，由于界面相互作用弱和應力集中，復合材料的力學性能往往不理想。高填充量與高強度往往是相互矛盾的，這是復合材料機械加固的經典問題。
為了解決這個問題，研究人員采用不同的方法，如逐層組裝、模板定向組裝、機械輔助壓制和磁場輔助等廣泛發展用于制備納米復合材料。但由于效率低和路線復雜，這些策略無法實現大規模連續制備，這在實際應用中是非常不可取的。
二維BN具有較高的理論導熱系數和優異的絕緣性能，是開發高導熱擬納米復合材料的合適候選填料。但是，由于高慣性和相對較大的厚度，h-BN在溶液中直接自組裝的報道很少。因此，研究h-BN的誘導取向對于實現功能復合材料的規模化制備具有重要意義。
02
成果掠影
近期，華東理工大學材料科學與工程學院的張玲教授在開發一種適合規模化熱界面材料制備技術方向取得新的進展。該團隊受天然珍珠特殊結構和功能的啟發，通過綠色、簡單的蒸發誘導組裝技術，可以大規模制備具有優異導熱系數、高絕緣性和堅固力學性能的納米級CS/BNNS薄膜。
值得注意的是，CS/BNNS薄膜在70 wt%時的拉伸強度高達104.5 MPa, 導熱系數為26.3 W/(m·K)，這是由于其取向良好的結構和強的界面相互作用。
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 具有優異的電絕緣、高導熱性能的聚合物復合材料
來源 | Composites Science and Technology
01
背景介紹
熱管理在現代工業和技術中發揮著越來越重要的作用，導熱材料已成為眾多電子產品和大型設備(包括能源設備、航天飛行器等)不可或缺的一部分。大多數金屬和陶瓷一般都是理想的導熱體，這可以分別歸因于電子熱傳導和相對完美的晶格振動。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，但其隨機盤繞的共價分子鏈會產生強烈的聲子散射，由此產生的低導熱系數極大地限制了其在散熱中的應用。
通過提高分子鏈的結晶度和有序度，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異的導熱系數。這為輕質、可加工和絕緣導熱材料開辟了兩個新思路。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)以其優異的力學性能、低密度、良好的耐化學性、高耐磨性等特點而備受關注。最近的研究已經擴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熱系數和優良的絕緣性能，非常適合在電絕緣領域發展為導熱材料。目前，絕緣導熱材料主要是填充導熱填料，然而在高填充量下面臨導熱系數惡化、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全聚合物復合材料有望解決上述問題。但目前很少有研究對超高分子量聚乙烯纖維復合材料的導熱系數進行研究，導熱系數大于10 W/mK的超高分子量聚乙烯復合材料更是罕見。
02
成果掠影
近期，北京大學白樹林教授在開發具有高導熱和電絕緣性能的聚合物復合材料取得新成果。
針對開發具有優異機械性能、電絕緣、高導熱的全聚合物復合材料，通過熱壓法制備了種具有（0°/90°、±45°）兩種取向結構的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維/環氧樹脂復合材料。
展開 用于電池熱管理的高導熱柔性復合相變材料
來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
隨著電動汽車（EV）和混合動力電動汽車（HEV）的發展，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注。然而，動力鋰電池組在行駛過程中總會產生不同程度的熱量。如果鋰離子電池產生的熱量沒有及時散發，電池的電化學性能會隨著熱量積累而下降。當這種積熱達到一定程度時，就會導致熱失控，甚至起火爆炸。因此，有必要對電池模塊提出有效的電池熱管理方法，以確保電池在正常的安全溫度范圍內運行。
根據傳輸介質的不同，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冷卻方法通常需要額外的設備、大空間、高消耗并且增加電動汽車的重量。相比之下，PCM作為被動冷卻方法，具有潛熱高、無需額外動力設備、成本低等優點，近年來備受關注。復合相變材料（CPCM）作為被動電池熱管理系統（BTMS）仍然面臨著易泄漏、高剛性和低導熱率等諸多挑戰。
02
成果掠影
近期，廣東工業大學材料與能源學院李新喜老師團隊提出了一種具有高抗滲漏和導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反應從本質上解決了CPCM的滲漏問題。結果表明，CPCM表現出優異的抗滲漏和彈性性能。
特別是在3wt%氮化鋁和 2 wt% 碳納米管的協同作用下，CPCM的導熱系數明顯提高了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，相應溫差保持在4.3℃以內。
展開 一種新型高導熱系數的BN/硅橡膠復合薄膜材料
來源 | Chemical Engineering Journal
01
背景介紹
微納電子器件的爆炸式增長刺激了對高性能熱界面材料(TIM)的需求，以解決其過熱問題。考慮到電絕緣性和柔韌性，采用高導熱填料的聚合物基復合材料(包括金屬、碳和陶瓷材料)受到了廣泛的關注。然而，金屬或碳填充復合材料的導電性不可避免的限制了其在電子器件中的應用。因此，氮化硼、氧化鋁或氧化鎂等具有高導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)由于其高平面內導熱系數(理論上高達2000 W/(mK))和優異的電子絕緣而引起了特別的關注。為了有效地將熱源產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熱系數。到目前為止，聚合物/BN復合膜即使在高填料含量(~60 wt%)下的導熱系數一般小于10 W/(mK)。然而，這種聚合物膠合填料骨架，由于簡單的物理接觸，相鄰填料之間的界面相互作用相對較弱，這在結處造成強烈的聲子散射，極大地限制了所得復合材料的導熱性增強。
聚合物-六方氮化硼(BN)復合材料因其高導熱性和優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惰性，BN的垂直排列和巨大的熱阻是當前面臨的挑戰，阻礙了聚合物/BN復合材料的高效傳熱。因此開發新型的材料制備策略調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，復旦大學陳敏教授團隊在開發高導熱系數的硅基橡膠復合材料取得新的進展。該團隊提出通過結合一種新型的非溶劑誘導相分離工藝“原位焊接”策略。
展開 一種具有高導熱性的CVGNPs/PVA熱界面材料
來源 | Composites Part B
01
背景介紹
隨著電子產品逐漸向輕量化和多功能化的方向發展，要求更高的集成度導致設備功率密度的增加。因此電子產品在工作中會產生過多熱量大大降低了相應設備的性能和壽命，所以散熱成為制約電子器件進一步發展的瓶頸。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。
展開 一種具有高導熱和絕緣性的PBO納米復合材料
來源 | Nano-Micro Letters
00
背景介紹
導熱聚合物基復合紙由于具有高強度、高導熱性和優異的可設計性等優點，在鋰電池、電容器、集成電路等領域受到了廣泛關注。隨著小型化和集成化的快速發展，以及功率密度的不斷提高，電子器件和電氣設備內部的熱量積聚問題日益嚴重，這就對導熱聚合物基復合紙的導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相互干擾，聚合物基復合紙應具有優異的電絕緣性，以滿足實際電子工程中的應用。雖然導熱聚合物基體(聚四氟乙烯、聚酰亞胺、芳綸和纖維素納米纖維等)復合紙由于其成本低、加工工藝簡單，但其本身耐熱性差或機械性能差，在工業上得到了廣泛的應用。或者低導熱率限制了它們的應用，不再保證高端電子電器熱管理領域的穩定性和可靠性。
在已知的有機纖維中，PBO纖維具有最高的熱分解溫度(650℃)、最佳的拉伸強度(5.8 GPa)和拉伸模量(280 GPa)，被譽為21世紀的超級纖維。最近的研究表明，通過有機酸剝離得到的PBO納米纖維(PNF)可以保留PBO纖維優異的力學性能和耐熱性。此外，它們的內部含有高度定向的分子鏈和原始結晶度，具有比普通聚合物基體更好的導熱性，在導熱聚合物基復合紙領域具有廣闊的應用前景
02
成果掠影
近期，西北工業大學顧軍渭/重慶師范大學Tang Yusheng團隊通過“溶膠-凝膠”薄膜轉化工藝將表面功能化的氮化硼(m-BN)與聚對苯撐苯并二噁唑納米纖維(PNF)均勻復合，制備出仿貝殼珍珠層結構的m-BN/PNF納米復合紙。本文采用“高溫固相&重氮鹽分解”法制備了聯苯胺功能化氮化硼(m-BN)。
展開 熱管理用高導熱碳化硅陶瓷基復合材料研究進展
來源 | 無機材料學報
作者 | 陳強，白書欣，葉益聰
單位 | 國防科技大學 空天科學學院，材料科學與工程系
原位 | DOI：10.15541/jim20220640
摘要：碳化硅陶瓷基復合材料以其高比強度、高比模量、高導熱、良好的耐燒蝕性能、高溫抗氧化性、抗熱震性能等特性，廣泛應用于航空航天、摩擦制動、核聚變等領域，成為先進的高溫結構及功能材料。本文綜述了高導熱碳化硅陶瓷基復合材料制備及性能等方面的最新研究進展。研究通過引入高導熱相，如金剛石粉、中間相瀝青基碳纖維等用以增強熱輸運能力；優化熱解碳與碳化硅基體界面用以降低界面熱阻；熱處理用以獲得結晶度更高、導熱性能更好的碳化硅基體；設計預制體結構用以建立連續導熱通路等方法，提高碳化硅陶瓷基復合材料的熱導率。此外，本文展望了高導熱碳化硅陶瓷基復合材料后續研究方向，即綜合考慮影響碳化硅陶瓷基復合材料性能要素，優化探索高效、低成本的制備工藝；深入分析高導熱碳化硅陶瓷基復合材料導熱機理，靈活運用復合材料結構與性能的構效關系，以期制備尺寸穩定、具有優異熱物理性能的各向同性高導熱碳化硅陶瓷基復合材料。
展開 
受“炸牛奶”啟發制備了高導熱LM@BN/PDMS復合材料
共晶鎵銦合金(EGaIn)和鎵銦錫合金(Galinstan)是兩種重要的鎵基液態金屬(LM)合金，具有高導電性、高導熱性和低毒性，是下一代軟功能材料和可拉伸電子產品中最有前途的兩種候選材料。
LM-彈性體復合材料的形成可以通過建立微通道或骨架結構來將LM連續相填充到聚合物中，也可以通過將LM顆粒填充到彈性體中來獲得LM嵌入彈性體(LMEE)。然而，在實際應用中，這些材料仍然需要用外部聚合物封裝，以防止LM泄漏。與具有連續相結構的LM復合材料相比，LMEE中的LM顆粒可以與基體同步變形，因此同時具有柔韌性和可拉伸性的導熱性，從而適用于高柔韌性和可拉伸性的體系。
LMEEs的粒徑和負載性是影響其性能的重要因素。粒度方面，可分為LM微米尺度顆粒(LMMPs)和LM納米尺度顆粒(LMNPs)。由于LMNP的高比表面積，當與彈性體混合時，LM -彈性體復合材料的粘度會顯著增加，導致LMNP基LMEE的填充含量一般限制在20 vol%。這一限制不會影響其在柔性傳感器和電線制備中的應用，但會對材料的導熱性施加限制。基于LMMP的LMEE可以實現更高的填充含量，但同時也會造成材料的不穩定性。
而無機材料與LMs的結合可以改變LMs的流變性能，從而得到性能穩定的雜化填料。但對于比表面積較大的二維材料，如BNNSs(氮化硼納米片)，容易形成不穩定的粉-液共存結構，這種方法存在局限性。硫醇可以與金屬形成配位鍵，在LMMPs表面形成自組裝單分子(SAM)層，可以有效提高LM顆粒的分散性能和穩定性。但僅適用于LM含量低的導電LMEE材料。對于LM含量高的導熱LMEE，目前還沒有有效的LM泄漏解決方案。
展開 一種用于電子器件智能熱管理的高導熱納米復合材料
來源 | Nano-Micro Letters
01
背景介紹
具有層狀結構的碳纖維復合材料以其特殊的各向異性、高強度在工程相關領域受到了廣泛關注。特別是在散熱方面，層狀結構促進了聲子沿徑向的良好運輸，使熱在平面內快速傳播。與其他熱導體相比，這種獨特的結構特征在水平散熱方面具有壓倒性的優勢，使其非常適合小型化、薄化和平面化器件。
盡管在增強面內導熱系數以及柔韌性和延展性方面取得了許多突破，但幾乎所有的導熱人造珍珠石都缺乏足夠的粘附性。因此，它們依靠銀漿或環氧膠粘劑作為熱界面材料(TIMs)來連接設備進行冷卻，而不是自粘，這不可避免地導致界面不匹配和長使用壽命下的膠水脫落的問題。
此外，大多數復合材料具有高強度，但缺乏拉伸性和彈性，將本質上堅韌的珠層和高粘彈性結合在一種材料中似乎是矛盾的，這在自然界中并不存在。然而，這也為新型的類似珍珠的復合材料設計提供了一個機會，以繞過通常的“硬/軟”權衡，使其成為此類應用的有吸引力的選擇。
先進的散熱材料除了具有高導熱性、重量輕、可變形等傳統特性外，還具有自愈能力、熱響應性和溫度傳感能力等多種功能。然而，將這些屬性結合成一種類似珍珠的復合材料是一項艱巨的任務。然而，在不影響復合材料其他功能的情況下提高導熱性仍然是一個挑戰。
02
成果掠影
近期，迪肯大學前沿材料研究所類偉巍教授、新加坡高性能計算研究所張剛教授、四川大學高分子材料工程國家重點實驗室趙長生教授、迪肯大學前沿材料研究所Liu Dan和陜西科技大學教授安盟在針對具有一定柔性、彈性和粘性用于電子產品散熱的導熱材料取得新進展。
展開 一種用于電池熱管理系統的高導熱防漏復合相變材料
其中鋰離子電池以其能量密度高、無記憶效應、循環壽命長等優點作為電動汽車的主要能源。電池系統的性能和壽命受到工作溫度的限制。隨著能量密度的增加，電池在運行過程中必須產生大量的熱量。如果電池產生的熱量沒有及時散發出去，就會損害電池的工作性能、使用壽命。它很容易發生熱失控導致大規模的火災事故。
近年來，各種電池模塊的冷卻方法得到了廣泛的研究。包括風冷和液冷在內的主動冷卻方式一般需要額外的輔助消耗設備和空間，這將相應地提高成本和重量。相比之下，基于相變材料PCM的電池熱管理系統(BTMS)因其結構設計簡單、冷卻效率高、維護成本低等優點而備受關注。聚乙二醇(PEG)作為一種節能環保的儲能材料材料引起了人們的廣泛關注，它被認為是一種相變材料是一種很有前途的儲熱材料熔點熱大，熔點均勻，無腐蝕性，熔點范圍寬。
然而，聚乙二醇是一種經典的固-液相變物質，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定的PEG基CPCM。為提高了相變材料的導熱系數應進一步提高冷卻效果，一般來說導熱性能通過加入高導電性熱添加劑，如金屬粉末、碳納米管(CN)、石墨烯、氮化鋁(AlN)和膨脹石墨(EG)來優化。但是當導熱填料粉末作為導熱促進劑添加到PCM中，這些小顆粒會聚集在一起形成更大的團簇，這對形成連續換熱網絡有負面影響將限制優化熱導率。
復合相變材料（CPCMs）作為被動冷卻系統在電池組中具有很大的應用潛力。但其固有的漏電性和較低的導熱系數限制了其在實際應用中的廣泛應用。因此，探索一種有效、優越的電池熱管理系統(BTM)，確保電池在合適的溫度范圍內工作，抑制鋰電池的熱傳播，將極大地提高電動汽車的安全性，降低事故風險。
展開 研究 \\ 氮化硼高度垂直排列取向的橡膠基高性能導熱復合材料
為了保證電子設備的穩定運行，迫切需要一種高性能的熱界面材料(TIM)，其通用厚度約為0.05 ~ 5.00 mm，廣泛應用于電子元件與散熱器之間的間隙。對于電子元件產生的熱量向散熱器的正傳遞，TIM應該具有高的面外導熱系數(λ⊥)。
六方氮化硼(BN)作為導熱填料在TIM中得到了廣泛的關注，因為它具有很高的導熱性和電絕緣性，特別是單個BN微板的400 W/mK面內導熱系數(λ∥)為了充分利用BN的優秀面內導熱系數，二維填料的垂直排列方法得到人們的關注，但與平行取向片狀填料相比，通常需要更復雜的工藝或特殊的設備。
目前，制造垂直取向的主流方法是冷凍鑄造和在填料表面植入磁性納米顆粒后進行垂直磁感應。最近，文獻報道了一種新的堆焊方法，具有操作簡單的優點，可以以類似于“放置積木”的方式有效地構建所需的微觀結構。得益于這種簡單的方法，一些有效的平行定向技術已開始用于制造片狀填料的垂直排列，如雙輥剪切和帶式鑄造。在所有的取向技術中，熱壓工藝是操作最簡單，應用最廣泛，成型規模最大，尤其是取向效果最好的。但是，這種定向技術尚未報道用于建造垂直排列結構。
為了利用BN中高效的面內熱傳導，實現TIMs的高面外導熱系數，BN填充材料中的熱壓工藝和堆疊焊接方法的合作對于垂直排列的納米模擬結構可能是可行的。堆焊過程中，對熱壓薄膜的性能要求是具有較高的可焊性和高溫下的形狀穩定性。然而，熱壓薄膜同時具有這兩種特性是具有挑戰性的。將動態共價鍵集成到化學交聯網絡中以制造聚合物基體，提供了一種在高溫下苛刻的可焊性和形狀穩定性之間取得平衡的方法。
02
成果掠影
近期，北京化工大學先進彈性體中心盧詠來教授和李京超老師在TIMs的設計和制備取得了一種新的進展。
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