来源 | Journal of Materials Science & Technology

链接 | https://doi.org/10.1016/j.jmst.2025.06.010

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背景介绍

近年来，随着微电子器件的小型化和高集成化需求，微电子器件的发展掀起了一股技术浪潮。聚合物基导热复合材料（PTC）因其密度低、易加工、制造成本低而成为解决散热问题的研究热点，在各个领域具有潜在的应用前景。包括5G通信、电子封装和能源传输。尽管如此，大多数聚合物材料的低导热系数明显阻碍了它们的发展。此外，这些设备在运行过程中会产生更多的热量，这严重影响了性能，并可能导致生命和财产损失。

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成果掠影

近日，陕西理工大学赵中国、王雷等研究开发了一种界面优化的新策略，即通过液相剥离氮化硼和原位化学还原实现填料间界面的二次优化，构建“点-面”异质结构。通过在氮化硼纳米片表面原位涂覆银纳米颗粒 (Ag@BNNS)，在细菌纤维素/氮化硼纳米片/MXene 复合材料 (BC/BNNS/MXene) 中构建了填料-填料界面接触增强的连续导热网络。均匀分散且剥离良好的 BNNS 通过位于 BNNS 表面的银相互桥接，形成了一个由实心银结位于其间的 3D 导热网络。所得的3D“枝叶”结构在30 wt.% Ag@BNNS填料负载下将热导率显著提高到18.5 W/mK，并通过第一性原理模拟证明了这一点，证明合并的Ag被用作热传输接头，以降低3D BNNS和MXene网络内的热接触阻。实现了热导率和光热转化效率的双重提升。研究成果以“Ultrahigh thermal conductivity and photothermal conversion in interface-optimized bacterial cellulose/boron nitride nanosheets/MXene composites”为题发表在《Journal of Materials Science & Technology》期刊。

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图文导读

图1. MXene、Ag@BNNS及复合膜制备过程示意图。（a）BNNS的剥离及Ag@BNNS的制备。（a1）Ag和N元素Ag@BNNS的XPS谱图。（B）BC/MXene/Ag@BNNS复合膜的制备过程示意图。（c）BC/MXene/Ag @ BNNS复合膜示意图。(c1)“葡萄藤”状AgMB 30复合膜的结构示意图。（c2）“枝叶”状MBAg 30复合膜的结构示意图。(d)BC/MXene/Ag@BNNS复合膜的综合应用图。（e）BNNS纳米片的SEM图像。（f）Ag@ BNNS异质结构的SEM图像。（g）Ag @ BNNS异质结构的EDS图像。（h）BN、BNNS和Ag@BNNS分散体静置24 h后的光学照片。

图2. BC/MXene/Ag@BNNS复合膜的形态特征。（a）BC、BM 10、MBAg 30和Ag 30 MB复合膜的红外光谱。（B，c）BC、MXene、Ag@BNNS和BC/MXene/Ag@BNNS复合膜的XPS光谱。（d-g）BC、MBAg 30、MBAg 60和Ag 30 MB膜的扫描电子显微镜图像。（h，i）MBAg 30和Ag 30 MB的结构示意图。

图3.（a）不同薄膜的热导系数。（B）不同薄膜的增强因子。（c）热导率与其他工作的比较。（d-f）MXene、BNNS和Ag的声子态密度。（g）MBAg 10、MBAg 30、（h）杂化粒子模拟界面示意图。（i）导热机理图。

图4.（a）不同复合膜的近红外-可见-紫外光谱。（B）光热转换装置示意图。（c）不同复合膜在100 mW/cm²光强下的时间-温度曲线。（d）不同膜在100 mW/cm²光照下的热红外图像。（e）MBAg 30膜在不同光强下的时间-温度曲线。（f）在100 mW/cm²照明下放置在玩偶上的MBAg 30膜的热红外图像。（g）在光热转换循环期间在100 mW/cm²照明下MBAg 30膜的时间-温度曲线。

图5.（a）模拟温室环境的房屋模型示意图。（B）房屋模型表面的热红外图像。（c）房屋模型内部的时间-温度曲线。（d）冰融化过程示意图。（e）试剂瓶内部的时间-温度变化曲线。（f）显示冰融化过程的光学照片。（g）复合膜光热转换应用场景示意图。