一種基于球形氧化鋁-氮化硼制得的9.23W/(m·K)高導(dǎo)熱柔性復(fù)合薄膜

當(dāng)前商業(yè)化高導(dǎo)熱界面材料（TIMs）普遍采用硅橡膠基體填充導(dǎo)熱球形氧化鋁（Al?O?）制備，雖兼具成本優(yōu)勢(shì)與綜合性能，但高導(dǎo)熱需求迫使填料負(fù)載量突破臨界閾值，導(dǎo)致復(fù)合材料力學(xué)性能急劇衰減。為突破單一填料體系的技術(shù)瓶頸，亟需開(kāi)發(fā)兼具高導(dǎo)熱-高柔韌-高絕緣特性的聚合物復(fù)合材料體系。

吉林大學(xué)殷紅/高偉團(tuán)隊(duì)近期通過(guò)傳統(tǒng)熱壓法，創(chuàng)新構(gòu)建氧化鋁/氮化硼（Al?O?/BN）二元導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，成功制備出具有工業(yè)化量產(chǎn)可行性的超高熱導(dǎo)率柔性復(fù)合材料。以不同粒徑和形狀的Al?O?和BN作為導(dǎo)熱填料（片狀h -BN粉末純度為99%，密度約為2.25 g/cm³ ，平均粒徑為10 μm；球形h -BN粉末純度為99%，密度約為0.5 g/cm³，平均粒徑分別為5、30、70 μm；球形氧化鋁粉末平均粒徑分別為2、5、10、30、70和120 μm），基于Dinger-Funk顆粒堆積理論構(gòu)建多級(jí)配填料體系。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)球形Al?O?體積分?jǐn)?shù)達(dá)65 vol%時(shí)，復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)5.12 W/(m·K)的面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)并達(dá)到最大堆積密度；進(jìn)一步引入15 vol%二維取向調(diào)控的h-BN后，復(fù)合薄膜熱導(dǎo)率顯著提升至9.23 W/(m·K)，較純硅橡膠提升近50倍。

該復(fù)合材料體系展現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能：體積電阻率保持101? Ω·cm級(jí)電絕緣特性，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)120%的柔韌性，50%應(yīng)變下應(yīng)力松弛率低于8%的可壓縮性，以及經(jīng)歷-40℃至120℃冷熱循環(huán)沖擊后導(dǎo)熱性能衰減率＜3%的環(huán)境適應(yīng)性。研究證實(shí)，通過(guò)填料級(jí)配優(yōu)化與二維納米片層取向調(diào)控的協(xié)同策略，可有效構(gòu)筑三維連續(xù)導(dǎo)熱通路。這項(xiàng)工作為開(kāi)發(fā)基于BN基元的高性能TIMs提供了理論指導(dǎo)，所建立的"顆粒級(jí)配-界面調(diào)控-網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑"三位一體設(shè)計(jì)原則，為電子器件熱管理材料的規(guī)模化應(yīng)用開(kāi)辟了新路徑。相關(guān)成果以"Highly thermal conductivity flexible composite films based on alumina-boron nitride binary fillers"為題發(fā)表于《Ceramics International》（IF=5.532）。

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