柔性不渗水的高性能热管理复合材料：双褶皱氮化硼纳米片

中国粉体网讯  新一代大功率电子设备对具有先进热管理能力的材料和结构有着巨大的需求，虽然通过添加高含量的高导热填料可以有效提高复合材料的导热性能，但高导热填料含量的增加势必会导致刚度增加，从而阻碍其与模具表面形成无缝接触的能力。牺牲的柔韧性和延展性会损害TIM的表面柔顺性、热接触面积和热机械稳定性。因此，基于高导热性和形变性之间的权衡，制备同时具有高导热性和高柔韧性的热界面材料至关重要。

近日，青岛大学孙彬教授联合香港科技大学张统一院士、上海交通大学黄兴溢教授、南方科技大学朱桂妹研究员在Nature子刊《npj Flexible Electronics》，发表了最新研究成果“Flexible yet impermeable composites with wrinkle structured BNNSs assembling for high-performance thermal management”。

研究者使用静电纺丝结合超声的方法，先将氮化硼纳米片（BNNS）沉积到预拉伸TPU电纺纤维上，在纤维膜预应力释放之后，纤维恢复到初始状态，而BNNSs则会随着纤维回缩自发形成紧密搭连的双轴褶皱结构。

实验基本原理（图源：npj Flexible Electronics）

在BNNS约为32wt%~35wt%的低添加含量下，该纳米复合材料具有26.58W/m·K~29.38W/m·K的高面内热导率，并且热阻随着预拉伸程度的增加而显著降低。另外，研究团队通过有限元分析证明褶皱结构有利于热流传输，可以改善复合材料垂直方向的导热性能。

复合材料热性能（图源：npj Flexible Electronics）

该复合材料用于常规电子器件及柔性电子器件的热管理时，表现出良好的散热效果，甚至优于部分商用热界面材料。在超过3000次循环的创纪录的长弯曲循环中，采用100%预应变复合材料的柔性器件的最大温度波动仅在0.9°C以内，不到商用导热垫的三分之一，表明出出众的热管理能力和稳定性。

该复合材料作为计算机CPU的TIM热管理能力（图源：npj Flexible Electronics）

此外，该复合材料还具有低刚度、优异的抗渗性和气密密封性能，可防止电子设备受到水和其他有害气体的侵入。该工作得到了山东省自然科学基金和青岛诺康环保科技有限公司的大力支持。

参考来源：npj Flexible Electronics官网

（中国粉体网编辑整理/梧桐）

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