来源 | Journal of Materiomics

链接 | https://doi.org/10.1016/j.jmat.2025.101011

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背景介绍

氮化硼纳米片（BNNF）因其超高的热导率和优异的电绝缘性，被认为是热界面材料（TIMs）的理想导热填料。然而，在工业生产中很难保证在聚合物基体中BNNF的高产率和高分散性，使得BNNF难以在商业TIM中广泛使用。尽管高含量的氮化硼（BN）粉末可能会在复合材料内部形成导热路径，但这往往会降低复合材料的柔韧性，增加接触热阻，从而降低Ms的散热效果。到目前为止，仍然有很大的空间来开发一种简单且低成本的制备路线，以获得在聚合物基体中分散性更好的BNNF。

02

成果掠影

近日，山东大学龚红宇团队提出了一种新颖的“原位剥离”策略，通过化学键合工程制备薄层BNNF。通过增强夹杂物和基体之间的π–π堆叠，在三辊混合过程中有效地降低了BN的平均厚度。制备的BNNF复合材料在100份橡胶（phr）中含有49.5%（质量分数）的BN时，表现出超高的面内热导率（10.58 W/mK），同时还增强了柔韧性。值得注意的是，该复合材料的拉伸强度、初始热分解温度（T5%）和断裂伸长率分别可达4.94 MPa、470.6 °C和98%。这项工作为开发高性能TIMs开辟了新的途径，在大规模生产中显示出巨大的潜力。研究成果以“π–π interactions enable in-situ exfoliation of BN nanoflakes for high-performance thermal interface materials”为题发表在《Journal of Materiomics》期刊。

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图文导读

图1.通过π–π相互作用原位剥离BNNF的BN/SR复合材料的制备路线。

图2.100 BN-24 h样品的增强柔韧性和热导率。(a) 在600次弯曲测试循环中，含有100 phr（每百份树脂）BN的复合材料的位移曲线，以及循环前后的光学照片。(b) 循环前后，含有100 phr BN的复合材料的热导率（TC）和拉伸强度。(c) 与之前报道的其他刚性链聚合物基复合材料的TC和填料含量比较。(d) 与之前报道的其他弹性体基复合材料的TC、拉伸强度、断裂伸长率和填料负载量比较。

图3. 复合材料的TEM图像（横截面）：(a–c) 10 BN-0.2 h 和 (d–f) 10 BN-24 h。图5c和f中的插图分别显示了红色和蓝色区域的线轮廓曲线。AFM图像和原位剥离的BNNF的高度轮廓：(g–h) 10 BN-0.2 h复合材料 和 (i–j) 10 BN-24 h复合材料。

图4.含有10 phr BN含量（phr是每百份树脂）的复合材料的热导率和机械性能。(a–c) 不同剪切时间下10 BN/SR复合材料的热导率（TC）、TC增强和机械性能。(d–f) 不同BN含量下xBN-24 h复合材料的热导率、TC增强和机械性能。(g) 不同BN含量的xBN-24 h复合材料的典型应力-应变曲线。(h) 100 BN-24 h复合材料在不同压力下的接触电阻（psi是每平方英寸磅数，14.5 psi ≈ 1巴）。(i) 100 BN-24 h复合材料在弯曲、翘曲和承重下的光学照片。

图5.复合材料的化学键合演变和热稳定性。(a–c) ATR-FTIR光谱。(d) 10 BN-y h复合材料和(e) x BN-24 h复合材料的TGA曲线。(f) 原位剥离的BNNF的晶粒取向和增强热稳定性的机制。

图6.SR基体和100 BN-24 h复合材料的实际应用演示。(a) 红外图像测量装置示意图及加热过程中的相应热红外图像。(b) LED芯片冷却系统示意图及使用两种热界面材料（TIMs）（SR基体和100 BN-24 h复合材料）的LED芯片的热红外图像。TIMs填充在LED芯片和散热器之间。(b1, b2) LED灯和冷却装置（顶视图和前视图），(c) 放置在加热平台上的样品中心温度。(d) 使用两种TIMs的LED芯片的温度演变。