来源 | Composites Part A

链接 | https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2025.109187

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背景介绍

随着现代电子设备的不断小型化和集成化，局部产生的热量变得越来越难以消散。迫切需要开发能够保持最佳工作温度的先进热管理解决方案。在各种解决方案中，基于PCM的冷却系统已经成为一种有前途的策略，受益于紧凑的尺寸，经济可行性，和独特的等温热缓冲能力，通过可逆的相变在预定的温度。石蜡（PW）作为该领域中最广泛使用的PCM而突出，具有合适的相变温度、较高的熔化焓、较低的腐蚀性和易于获得等优点，但其固有的液相泄漏风险和较低的热导率（TC）严重限制了其在高功率密度电子器件中的应用。

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成果掠影

近日，复旦大学冯嘉春教授提出了一种简单的策略，通过在多晶硅中构建隔离的氮化硼（BN）导热网络来制造具有高导热率的形状稳定的PCM（苯乙烯-乙烯-丁烯-b-苯乙烯）（SEBS）负载石蜡（PW）基体（SEBS/PW）微粒。通过动态共悬浮SP微粒和BN片晶，然后进行凝胶热压，得到连续的BN偏析网络，制得SEBS/PW质量比为20/80和30wt%的复合材料（16.3体积%）BN负载表现出优异的形状稳定性、高焓（129.8J/g），以及增强的面内热导率（1.51 W/（m·K）-分别代表比未填充和随机分散的BN系统提高293%和50%）。当应用于芯片热管理时，该复合材料将工作温度从95 ℃降低到80 ℃，优于传统的硅基热界面材料。由于其结合了低成本材料、可扩展的制造工艺以及在形状稳定性、吸热和散热方面的上级性能，这种复合系统显示出对下一代电子热管理的特殊承诺。研究成果以“Form-stable phase change materials with enhanced thermal conductivity via segregated BN network within SEBS-supported paraffin wax for electronics thermal management”为题发表在《Composites Part A》期刊。

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图文导读

图1。（a）SP/BN CPCM制备的示意图。（B）从不含BN的乙醇凝固浴中收集的SP微粒的图像。（c）真空过滤和干燥后SP/BN 30固体混合物的图像。

图2.（a1，a2）不同放大倍数下SP微粒的SEM图像。（B）SP颗粒的粒度分布（插图为光学显微镜图像）。

图3.（a）SEBS/PW，（B）SP/BN 10，（c）SP/BN 20，（d1，d2）SP/BN 30，（e）SP/BN 40在不同放大倍数下的断裂表面SEM图像。

图4.（a）SP/BN和SP/BN混合CPCM的面内TC和（B）TCE。（c）SP/BN 30在25、50和60 ℃时的面内TC。（d）SP/BN和SP/BN混合CPCM的面内TC和（e）TCE。（f）SP/BN 30在25、50和60 ℃时的面内TC。

图5. PW和SP/BN CPCM的熔融和B过程的DSC曲线。（c）PW和SP/BN CPCM的熔融焓（Δ Hm）和结晶焓（ΔHc）。

图6.（a）PW、SEBS和SP/BN CPCM的TGA曲线。（B）泄漏试验图像。（c）热循环试验期间SP/BN 30 CPCM的DSC曲线和熔融焓。

图7.（a）SEBS/PW和SP/BN CPCM的应力-应变曲线，（B）断裂伸长率，（c）弹性模量，（d）延伸强度。（e）SP/BN 30在80 ℃烘箱中加热后通过施加外力扭曲、弯曲和伸长的红外图像。