隨著電子元件的不斷小型化和集成化，解決散熱問題已成為電子產(chǎn)品封裝設(shè)計(jì)的巨大挑戰(zhàn)。熱界面材料（TIM）對(duì)于降低接觸熱阻至關(guān)重要。此外，生物和可再生材料成為TIM的未來趨勢(shì)，并已成為研究熱點(diǎn)聚乙烯醇（PVA）薄膜盡管具有生物相容性和可再生性，但固有導(dǎo)熱性較差。增強(qiáng)PVA的導(dǎo)熱性需要添加導(dǎo)熱填料（導(dǎo)熱劑）。添加聚多巴胺改性氮化硼納米片、氮化碳納米片、氟化石墨烯納米片（FGN）和氟化石墨烯（FG）等填料，顯著提高了PVA薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)。然而，在復(fù)合材料中過量使用填料會(huì)導(dǎo)致聚集、加工性能下降、機(jī)械性能變?nèi)跻约俺杀驹黾?。?dāng)然，PVA作為填料也可以提高其他聚合物的導(dǎo)熱系數(shù)。采用靜電紡絲技術(shù)制備聚氨基酸/PVA纖維，通過高溫處理法制備具有連續(xù)原纖維碳網(wǎng)絡(luò)的高導(dǎo)熱系數(shù)熱管理復(fù)合材料。盡管取得了這些進(jìn)展，但現(xiàn)有的方法仍面臨填料團(tuán)聚、高熱阻、制備復(fù)雜和穩(wěn)定性問題等限制。

Ti₃C₂Tx MXene 因其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和可調(diào)性而具有出色的熱導(dǎo)率，已成為TIM的有前途的填料。然而，可以通過插層或表面改性來調(diào)整層間間距，以優(yōu)化特定應(yīng)用的熱導(dǎo)率。PVA/Ti₃C₂Tx MXene復(fù)合材料的熱導(dǎo)率達(dá)到106.8W/(m·K)。Chen等人還證明了在0.8%的低Ti₃C₂TxTx MXene含量下，F(xiàn)GN/PVA/Ti₃C₂Tx MXene復(fù)合材料的熱導(dǎo)率達(dá)到122.5W/(m·K)。與Ti₃C₂Tx MXene相比，低熱導(dǎo)率的納米SiO₂經(jīng)3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)改性后可增強(qiáng)分散性，是一種頗具吸引力的填料。SiO₂納米粒子在Ti₃C₂Tx MXene上的原位生長(zhǎng)有望用作羧甲基化纖維素納米原纖維的填料。得益于強(qiáng)氫鍵相互作用，SiO₂@MXene導(dǎo)熱填料能夠均勻分散、減少團(tuán)聚，這對(duì)于提供快速導(dǎo)熱通道至關(guān)重要。但該方法面臨著制備復(fù)雜性等巨大挑戰(zhàn)。然而，該方法在其他高導(dǎo)熱系數(shù)薄膜中的應(yīng)用尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。此外，SiO₂/Ti₃C₂Tx MXene改性PVA的力學(xué)性能和熱導(dǎo)率尚未見研究。納米粒子的團(tuán)聚和高熱阻問題是今后的工作中需要解決的問題。

為了解決這些問題，利用KH550對(duì)納米SiO₂粒子進(jìn)行改性，使其分布均勻，并采用靜電自組裝法將納米SiO2粒子沉積到Ti₃C₂Tx MXene表面。改性抑制了Ti₃C₂Tx MXene的堆積，降低了界面熱阻。利用不同的方法研究了混合填料在PVA基質(zhì)中的分散和相互作用。本工作制備了改性SiO₂/Ti₃C₂Tx MXene/PVA（mSTP）薄膜。mSTP薄膜的平面內(nèi)和平面外熱導(dǎo)率分別為2.11W/(m·K)和0.58W/(m·K)。mSTP薄膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別提高了183%和115%。具有環(huán)保、可重復(fù)、工藝條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。這種改性對(duì)于構(gòu)建有效的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要，尤其是與其他高導(dǎo)熱材料結(jié)合時(shí)，因?yàn)樗兄谛纬蓮?fù)雜的微結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)整體傳熱。這種方法促進(jìn)了強(qiáng)的分子間相互作用，降低了接觸電阻，并保持了填料的晶體結(jié)構(gòu)，從而確保了最佳的熱性能。它在低填料濃度下顯著提高了PVA的導(dǎo)熱系數(shù)。這一結(jié)果為高性能熱管理材料的進(jìn)步提供了一種新途徑，這對(duì)于提高電子設(shè)備的熱效率和促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。研究成果以《Excellent mechanical and thermal conductivity performance of polyvinyl alcohol film doped SiO2@Ti3C2Tx MXene via electrostatic nano-particle assembly》發(fā)表在《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》，作者是：張雅玲、程國(guó)軍、唐中峰、金琪、丁國(guó)新、萬祥龍

項(xiàng)目由由國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局科技計(jì)劃項(xiàng)目（2022MK205）、安徽科技大學(xué)安徽省現(xiàn)代煤炭加工技術(shù)研究所開放研究基金項(xiàng)目（MTY202301）和基礎(chǔ)計(jì)劃技術(shù)領(lǐng)域強(qiáng)化基金項(xiàng)目（2021-JCJQ-JJ-0128）資助。

其他推薦：