来源 | Chemical Engineering Journal

链接 | https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.171670

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背景介绍

随着电子器件微型化发展，柔性热界面材料（TIMs）需兼顾高导热与良好柔韧性。六方氮化硼（h-BN）导热性好但难以通过磁场定向排列，现有磁改性方法往往需要高填料负载并引入界面热阻，且材料不易回收。为此，提出将一维镍纳米线（强磁性、高长径比）与二维氮化硼纳米片结合，通过磁场诱导构建定向导热网络，并以水溶性聚乙烯醇（PVA）为基体实现可回收，为解决TIMs导热-柔韧权衡及环保问题提供了新思路。

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成果掠影

近日，山东大学王鑫煜教授团队开发出一种磁控取向的 NiNWs@BNNS/PVA 复合 TIMs，成功破解了传统 TIMs 导热性与力学性能的权衡难题，并实现材料高效回收。通过将氮化硼纳米片（BNNS）包覆在镍纳米线（NiNWs）表面制备复合填充剂（NiNWs@BNNS），并利用磁场诱导填充剂定向排列，在仅 8.8 vol% 的低填充量下，实现了面外 3.24 W/mK、面内 3.32 W/mK的高各向异性导热率，且杨氏模量仅增加 157%，最大限度保留了材料柔韧性；该材料在芯片散热测试中实现19℃降温，热稳定性优异（150℃内稳定），同时借助 PVA 的水溶性和填充剂的磁性收集，实现92% 的填充剂回收率，为下一代电子设备提供了高效、环保、可回收的热管理解决方案。研究成果“Magnetically assisted polyvinyl alcohol composites with highly anisotropic thermal conductivity and recyclability for advanced thermal interface materials”为题发表在《Chemical Engineering Journal》。

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图文导读

图1.可回收TIM的示意图，该TIM在低填料含量下具有高导热性和优异的机械性能。

图2.形貌和化学表征。（a）制备的NiNW的SEM图像。（b）NiNW的放大SEM图像。（c）NiNW @BNNS的SEM图像。（d）Ni、B和N的元素分布。（e）BNNS的AFM图像。（f）BNNS的厚度。（g）h-BN和BNNS的FTIR光谱。（h）h-BN、BNNS的XRD光谱和（i）XPS光谱。NiNW和NiNW @BNNS。（j）BNNS的B1的高分辨率光谱。

图3. NiNWs@BNNS/PVA复合膜的热性能. NiNWs@BNNS/PVA复合膜的横截面SEM图像及其快速傅立叶变换（FFT）图案（插图），其中（a）随机，（b）垂直，和（c）水平填料排列。（d）在8.8体积%含量下具有各种填料排列的复合材料的热导率。（e）通过-具有和不具有BNNS的平面热导率。（f）具有和不具有BNNS的平面内热导率的比较。（g）模型的示意图。（h）PVA的VDOS，（i）PVA/NiNW和PVA/BNNS的界面热阻（ITR）。（j）与随机分布的填料排列相比，不同填料含量的热导率增强。（k）通过平面热导率和（l）平面热导率与其他报道的TIM 的比较。

图4. NiNWs@BNNS/PVA复合膜的热管理能力的证明。（a）用于LED散热测试的装置的光学图像。（b）（a）中的结构的示意图。（c）具有纯PVA、NiNWs@BNNS_R/PVA、NiNWs@ BNNS_IP/PVA，（d）模拟芯片冷却系统的光学图像。（e）陶瓷加热器的温度随加热时间的变化曲线。(f)NiNWs@BNNS_TP/PVA复合膜的热稳定性。

图5. NiNWs@BNNS/PVA复合膜的机械性能和可再循环性。（a）复合膜的光学图像，表明它们的柔韧性。（b）复合膜举起200 g重量的光学图像。（c）纯PVA、NiNWs_TP/PVA，（d）NiNWsBNNS/PVA复合膜的拉伸变形。（e）NiNWsBNNS/PVA复合膜的拉伸变形。热导率和杨氏模量增强与其他报道的TIM的综合比较（f）NiNWsBNNS/PVA复合膜的再循环过程的示意图。（g）再循环的NiNWsBNNS的光学和SEM图像。（h）原始TIM和再生TIM之间的热导率比较。