来源 | Advanced Science

链接 | https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2025.127535

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背景介绍

电子设备不断向小型化和高集成化方向发展，单位面积的功率密度迅速提高，使得散热成为关键问题。有机相变材料（PCM）由于其高潜热容量和值得称赞的热稳定性，在电子设备的热管理中显示出巨大的应用潜力。然而，大多数有机相变材料面临关键瓶颈，例如体积膨胀，泄漏和固有的低热导率（TC）。TC是热管理中最关键的性能之一。提高TC最常用的解决方案是掺入高导热填料，氮化铝（AlN）作为一种先进的陶瓷填料，由于其具有较高的导热系数而受到越来越多的关注。然而，随机分散的颗粒之间的高界面热阻使得PCC不能形成连续的导热网络。

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成果掠影

近日，中国矿业大学朱春宇、盛楠教授研究团队提出一种简易、快速、低能耗的制备路径，通过冷冻浇注-燃烧合成联用技术构建具有双向异质结构的多孔氮化铝（AlN）骨架，用于支撑石蜡相变材料。高度多孔的AlN骨架可有效阻隔熔融石蜡泄漏，当相变复合材料（PCC）中AlN质量负载达56.74 wt%时，其水平与轴向导热系数分别达15.63 W/m·K和11.72 W/m·K，较纯石蜡提升78.2倍与58.6倍。同时该复合材料展现出82.3 J/g的优异相变焓值，且在长期可逆相变循环后保持稳定。这种双向传热增强特性赋予相变复合材料显著的热存储与热管理应用潜力。研究成果以“Bi-directionally high thermal conductive phase change composites with radially aligned aluminum nitride skeletons prepared by freeze casting combined with combustion synthesis”为题发表《Applied Thermal Engineering》上。

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图文导读

图1.制备PCC的示意图。

图2.（a）燃烧温度-时间曲线;（B）SHS产物的光学照片;（c）AlN骨架的开孔率与稀释剂摩尔比的关系。

图3.不同固体含量的AlN骨架的FSEM图像。插图表示绿色体的顶视光学图像。（a，B）Q40 V15;（c，d）Q40 V25;（e，f）Q40 V35。

图4. PCC的SEM图像。（a，B）Q40 V15@PW;（c，d）Q40 V25@PW;（e，f）Q40 V35@PW。

图5. PW和PCCs的DSC曲线。（a）PW和PCCs的DSC曲线;（B）PW在PCCs中的填充率和PCCs的焓与PW的焓的比值;（c）Q40 V35@PW在不同熔化-固化循环下的DSC曲线;（d）Q40 V35@PW在100个循环期间的焓变化。

图6. PCCs的抗泄漏性能。（a）PW和PCCs在80 ℃恒温下不同时间段的光学照片;（B）泄漏实验前后样品的PW含量百分比。

图7.（a）在两个方向上具有不同固体负载的PCC的TC;（B）样品在两个方向上的总体TC增强;（c）本研究（Q40 V35@PW）与先前研究中的陶瓷/有机复合材料之间的TC和TCEE比较。

图8.加热和冷却过程中样品的热响应红外图像。（a）轴向的PW和PCC;（B）水平方向的PW和PCC。