来源 | Advanced Functional Materials

链接 | https://doi.org/10.1002/adfm.202505225

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背景介绍

现代电子设备向微型化和集成化方向发展，对热界面材料（TIMs）的导热性能提出更高要求。通常，TIMs通过将导热填料掺入聚合物基体中来增加热导率。各种导热填料包括球形材料（Al₂O₃、AlN、金刚石）、二维材料（石墨烯、BN、Mxene）、一维材料（碳纤维、PBO纤维、碳纳米管）等。对于各向异性的二维和三维材料，在聚合物基体中构建一个促进快速热传导的三维网络，或者最大化其优异的平面内和轴向导热性以在基体中建立高效的热传导路径，已成为开发高导热性复合材料的一种更有效的策略。碳纤维（CFs）因其卓越的轴向导热性和热稳定性，成为一种有前景的高性能填料。然而，通过磁取向利用CFs的固有抗磁性来制造高填料含量的复合材料仍然具有挑战性。

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成果掠影

近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所虞锦洪、江南团队，联合上海第二工业大学吴新锋团队在低成本磁场取向制备碳纤维垫片技术上取得新突破。团队采用溶剂稀释法，用乙酸乙酯稀释高粘度的PDMS，制备出粘度仅为2.28 mPa·s的PDMS稀溶液。这使得碳纤维在低磁场下能够在溶液中垂直排列，且填料含量高达60wt%。具体来说，完全垂直的碳纤维实现了超过93%的排列度，制备的垂直碳纤维/PDMS复合材料热导率高达141.57W/mK，达到了金属热导率的水平。此外，研究还展示了该复合材料作为电子设备冷却的导热界面材料的热管理应用。研究成果以“Magnetic Field-oriented One-step Fabrication of Metal-grade Thermally Conductive Carbon Fiber Flexible Thermal Pad”为题发表在《Advanced Functional Materials》期刊。

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图文导读

图1.VCF/PDMS复合材料的制备和结构表征。a) 示意CF/PDMS的制备过程。b,c) 在垂直磁场下碳纤维的取向过程。d) 示意振动后的致密化过程。e) VCF/PDMS的样品、系结、弯曲和扭转图像。f,g) MPCF和PANCF的拉曼光谱中ID/IG的比率。h) 碳纤维的SEM图像和长度分布。i) 碳纤维的直径和长径比。j,k) RCF/PDMS的表面和横截面SEM显微照片。l,m) VCF/PDMS的表面和横截面SEM显微照片。 

图2.VCF/PDMS复合材料的结构。a) VCF/PDMS的XRT图像。b) VCF/PDMS的XRT图像顶部视图和c) 侧面视图。d) 碳纤维与垂直方向之间角度