隨著電子封裝技術和大功率器件的快速發展，其中對高效的熱擴散和可靠的絕緣性能的需求愈加增多。高分子材料具有眾多優勢，在電子工業中廣泛應用，然而其導熱性能差。氧化鋁具有較高本征熱導率、優異的高溫絕緣性能、良好的化學穩定性以及低成本，但由于聚合物本身較低的導熱系數或者通過摻雜高含量的導熱填料獲得的高導熱性能的同時引起的機械等性能急劇惡化等問題的存在，難以滿足發展的需求。
針對解決上述問題，中國科學院寧波材料技術與工程研究所表面事業部功能碳素材料團隊采用常見的棉花糖（蔗糖纖維）為模板制備出三維球型氧化鋁導熱網絡環氧樹脂復合材料。先將蔗糖纖維預置于環氧樹脂中后固化，利用蔗糖纖維的水溶性和預先形成的三維網絡孔道，后將氧化鋁懸浮液沖壓入三維網絡孔道中，再次填充環氧樹脂后成復合材料。在氧化鋁含量為36.2 vol%時，復合材料導熱系數相較于純環氧樹脂提高15倍，達到3.17 W/mK，如圖1所示。于此同時，制備的復合材料仍保持高絕緣性，此種方法成本可控，原料易得且環境友好。
圖1 棉花糖預置模板法制備聚合物復合材料及復合材料導熱系數與氧化鋁含量關系。
除此之外，研究還發現在氧化鋁懸浮液通過真空輔助過濾方法(Vacuum-assisted Infiltration Method)，在聚乙烯醇泡棉中構筑三維導熱網絡，從而能在低填料含量下極大提升高分子基體的熱導率。通過這種方法制備的氧化鋁/聚乙烯醇復合材料在氧化鋁含量為45.4 vol%時，其熱導率達到4.79 W/mK。制備的復合材料的導熱性能明顯優于傳統粉料共混方法(Powder Mixing Method)制備的復合材料，并且隨著氧化鋁含量的增加，這種優勢越明顯，如圖2所示。除此之外，得到的復合材料也具備優異的電絕緣和力學性能。
圖2真空輔助過濾方法制備復合材料和粉料共混方法制備復合材料在不同填料含量下熱導率對比圖。
文章相繼發表在ACS Appl. Mater. Interfaces和J. Mater. Chem. C上。文章第一作者為中科院寧波材料所已畢業碩士吳宇明。虞錦洪研究員、江南研究員和林正得研究員為文章通訊作者。以上工作獲得國家自然科學基金（51573201）、浙江省公益技術應用研究計劃（2016C31026）和3315創新團隊等項目資助。
論文鏈接
Yuming Wu, Kai Ye, Zhiduo Liu, Bo Wang, Chao Yan, Zhongwei Wang, Cheng-Te Lin*, Nan Jiang* and Jinhong Yu*, Cotton Candy-Templated Fabrication of Three-Dimensional Ceramic Pathway within Polymer Composite for Enhanced Thermal Conductivity. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019 DOI: 10.1021/acsami.9b15758.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b15758
Yuming Wu, Kai Ye, Zhiduo Liu, Mengjie Wang, Kuan W.A. Chee. Cheng-Te Lin*, Nan Jiang* and Jinhong Yu*, Effective thermal transport highway construction within dielectric polymer composites via a vacuum-assisted infiltration method. J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 6494-6501.
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/tc/c8tc01464g
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