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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。

因此，在計(jì)算有效導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，必須同時(shí)考慮界面熱阻和滲流的發(fā)生。對(duì)于復(fù)合材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)的預(yù)測(cè)，已有幾種解析和數(shù)值方法。分析方法如Maxwell和Bruggeman模型，易于使用，但不考慮復(fù)合材料中材料分布的細(xì)節(jié)。相比之下，基于求解偏微分方程(PDE)的數(shù)值方法，如有限元法(FEM)，能夠考慮復(fù)合材料中顆粒的形態(tài)和分布，但計(jì)算成本非常高。

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。

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。

3D打印能夠?qū)⑻盍戏植荚?em>復(fù)合材料中具有所需方向的特定位置，有助于形成導(dǎo)熱路徑，并在首選方向上提高導(dǎo)熱性。02 成果掠影近期，美國(guó)特拉華大學(xué)材料科學(xué)與工程系的倪超英教授在通過3D打印的方法驗(yàn)證了該工藝對(duì)聚合物導(dǎo)熱性能的影響。該團(tuán)隊(duì)利用3D打印方法制備了MWCNTt填充的聚乳酸(PLA)納米復(fù)合材料。

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)。

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。

氮化硼(BN)在陶瓷填料中導(dǎo)熱系數(shù)最高(>250 W/mK)，具有良好的電絕緣性和較低的成本。因此具有制備各向異性復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)。制備取向復(fù)合材料的傳統(tǒng)方法，如化學(xué)氣相沉積、磁場(chǎng)或電場(chǎng)、冷凍鑄造和真空過濾等，通常效率低下。此外，填料互連性低和三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)缺陷嚴(yán)重限制了復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的提高。

(a) LM@BN拉伸過程中復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)重排;(b)復(fù)合材料原始狀態(tài)和編程后的顯微組織(i-ii)光學(xué)顯微鏡，(i-ii)掃描電鏡;(c)編程后復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)；(d)導(dǎo)熱系數(shù)與體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系。 圖5 . 復(fù)合材料的力學(xué)性能及其在熱管理中的應(yīng)用實(shí)例 。

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)?；苽渚哂兄匾饬x。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，聚合物基復(fù)合材料已經(jīng)投入了大量的精力。傳統(tǒng)的復(fù)合材料是將導(dǎo)熱填料如氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鋅或銅分散在聚合物基體中制備的，這些復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到7 W/mK。然而，油脂類材料和低導(dǎo)熱系數(shù)的問題嚴(yán)重限制了它們?cè)诟吖β孰娮釉O(shè)備中的熱管理。

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。

因此，三維導(dǎo)熱復(fù)合材料為熱管理和電磁屏蔽材料提供了可行的思路。

然而，這也為新型的類似珍珠的復(fù)合材料設(shè)計(jì)提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，以繞過通常的“硬/軟”權(quán)衡，使其成為此類應(yīng)用的有吸引力的選擇。先進(jìn)的散熱材料除了具有高導(dǎo)熱性、重量輕、可變形等傳統(tǒng)特性外，還具有自愈能力、熱響應(yīng)性和溫度傳感能力等多種功能。然而，將這些屬性結(jié)合成一種類似珍珠的復(fù)合材料是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。然而，在不影響復(fù)合材料其他功能的情況下提高導(dǎo)熱性仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

因此，本研究為合理設(shè)計(jì)高導(dǎo)熱復(fù)合材料以提高電動(dòng)汽車電池組的熱安全性提供了依據(jù)。

(a) PPG 復(fù)合材料的縱向和橫向導(dǎo)熱系數(shù)。(b) PiPG 復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)。(c) 石蠟和 PPG 相變復(fù)合材料的熱重分析曲線。(d) PPG 相變復(fù)合材料的殘留物質(zhì)量百分比，以及 (e) 填充物含量和導(dǎo)熱率提高效率。(f) PPG4 的熱導(dǎo)率和潛熱保持率與已報(bào)道的 PCC 的比較。

3.2 單一雙功能填料導(dǎo)熱吸波復(fù)合材料 針對(duì)傳統(tǒng)雙功能填料導(dǎo)熱吸波復(fù)合材料需要導(dǎo)熱劑與吸收劑的同時(shí)高填充，會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料力學(xué)性能大幅下降等問題，研究者希望開發(fā)出一種單一的兼具導(dǎo)熱、吸波雙功能的粉體材料應(yīng)用于導(dǎo)熱吸波復(fù)合材料的制備。

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)。

要實(shí)現(xiàn)這些不同的功能，如熱可靠性和電可靠性，就需要合理地設(shè)計(jì)導(dǎo)熱材料的結(jié)構(gòu)。02 成果掠影近期，布法羅大學(xué)Shenqiang Ren研究團(tuán)隊(duì)提出了分層導(dǎo)熱納米復(fù)合材料，由納米結(jié)構(gòu)陶瓷共形涂層和混合排列的超高分子量聚乙烯纖維組成，可定制電導(dǎo)體的散熱。

圖2. m-BN/PNF納米復(fù)合紙的導(dǎo)熱性能和耐熱性能。