來源|Polymer

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背景介紹

隨著集成電路芯片和電子設備小型化的快速發展，為防止芯片的熱失控，對熱管理材料提出了更嚴格的要求。此外，電子封裝材料經常會遇到應力破壞和漏電等嚴重問題。因此同時具有出色的電絕緣性和導熱性的熱界面材料成為了重點的研究方向。

然而，導熱系數的提高受到填料的含量和結構的限制。此外，當填充量高時，由于界面相互作用弱和應力集中，復合材料的力學性能往往不理想。高填充量與高強度往往是相互矛盾的，這是復合材料機械加固的經典問題。

為了解決這個問題，研究人員采用不同的方法，如逐層組裝、模板定向組裝、機械輔助壓制和磁場輔助等廣泛發展用于制備納米復合材料。但由于效率低和路線復雜，這些策略無法實現大規模連續制備，這在實際應用中是非常不可取的。

二維BN具有較高的理論導熱系數和優異的絕緣性能，是開發高導熱擬納米復合材料的合適候選填料。但是，由于高慣性和相對較大的厚度，h-BN在溶液中直接自組裝的報道很少。因此，研究h-BN的誘導取向對于實現功能復合材料的規?；苽渚哂兄匾饬x。

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成果掠影

近期，華東理工大學材料科學與工程學院的張玲教授在開發一種適合規模化熱界面材料制備技術方向取得新的進展。該團隊受天然珍珠特殊結構和功能的啟發，通過綠色、簡單的蒸發誘導組裝技術，可以大規模制備具有優異導熱系數、高絕緣性和堅固力學性能的納米級CS/BNNS薄膜。

值得注意的是，CS/BNNS薄膜在70 wt%時的拉伸強度高達104.5 MPa, 導熱系數為26.3 W/(m·K)，這是由于其取向良好的結構和強的界面相互作用。CS/BNNS復合薄膜作為一種熱界面材料，在LED模組中表現出較強的散熱能力，在電子器件散熱方面具有廣闊的應用前景這種構造具有定向結構的仿珍珠復合薄膜的方法在新型便攜式電子設備的散熱方面具有潛在的應用前景。

研究成果以“Superior thermally conductive, mechanically strong and electrically insulating nacremimetic chitosan/boron nitride nanosheet composite via evaporation-induced selfassembly method”為題發表于《Polymer》。

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圖文導讀

圖1.(a)機械化學球磨剝離的BNNS示意圖，(b) h-BN的SEM圖像，(c)剝離后BNNS的SEM， (d) TEM， (e) HR-TEM形態學圖像，(e)SAED譜圖。(f, g) AFM圖像及相應的BNNS高度和橫向尺寸，(h)h- BN和剝離BNNS的XRD譜圖。(i) h-BN和BNNS在去離子水中分散36h的照片。

圖2.(a) FTIR譜圖， (b) TGA 曲線, XPS 圖的h-BN和BNNS (c) B 1s和(d) N 1s。

圖3.(a) CS/BNNS膜的靜電吸附方法，(b) CS/BNNS照片，(c) CS/BNNS復合材料TGA分析，(d) CS/BNNS-30、(e) CS/BNNS-50和(f) CS/BNNS-70斷口表面SEM圖像。(g) x射線入射方向示意圖，頂部(h)和截面(i)表面x射線入射方向的XRD結果。

圖4.(a)應力-應變曲線，(b)不同填料含量CS/BNNS和CS/h-BN的抗拉強度。(c) CS/BNNS70薄膜提起重量(2kg)的圖像，并顯示其可彎曲性。(d) CS/BNNS-70復合材料拉伸斷裂截面的SEM圖。(e)層狀結構裂縫增強機理示意圖。

圖5.(a)面內熱導率和(b)面外熱導率與填料含量的關系。(c)模擬珍珠膜的熱導率各向異性因子。(d)不同溫度下的面內熱導率表現出較好的復合材料穩定性。(e)本文的熱導率和前人關于含BNNS或h-BN的聚合物復合材料的研究。(f)不同BN分布下的聲子轉移模式方案。(g)有限元模擬熱傳導圖。

圖6.(a)由銅散熱器和TIM組成的LED散熱模塊。(b) LED芯片表面溫度隨運行時間的變化曲線。(c)對應的紅外圖像。