隨著電子電氣領(lǐng)域朝微型化、集成化、高功率化方向的發(fā)展，集成電路與元器件等在工作過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱，熱量積聚導(dǎo)致產(chǎn)品局部溫度過(guò)高，輕則電子元器件使用壽命縮短、運(yùn)行不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成器件的失效。因此如何將器件在工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱量及時(shí)導(dǎo)走，保持其工作性能穩(wěn)定，已成為科研與工程應(yīng)用領(lǐng)域的重要研究目標(biāo)。

高導(dǎo)熱電絕緣聚合物基復(fù)合材料因其輕質(zhì)、易加工成型和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)受到人們?cè)絹?lái)越廣泛的關(guān)注。根據(jù)導(dǎo)熱通路理論，高導(dǎo)熱填料在聚合物基體中形成完善的導(dǎo)熱通路是提升復(fù)合材料熱導(dǎo)率的關(guān)鍵。研究表明，在滿(mǎn)足復(fù)合材料電絕緣性的前提下，采用導(dǎo)熱導(dǎo)電填料和導(dǎo)熱絕緣填料的協(xié)同發(fā)揮可以大幅提升材料的導(dǎo)熱能力。此外，將電場(chǎng)、磁場(chǎng)和高剪切場(chǎng)等外加場(chǎng)作用施加到各向異性導(dǎo)熱填料上，可以使填料沿某一特定方向取向，從而大幅提升該方向上的導(dǎo)熱能力。

四川大學(xué)鄒華維教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)利用絕緣導(dǎo)熱片狀氮化硼(BN)和羧基化多壁碳納米管(CNTs)的協(xié)同作用，在高速注塑成型的強(qiáng)剪場(chǎng)作用下(剪切速率≈10⁴ s^-1)，構(gòu)筑了一種具有高度取向的雜化導(dǎo)熱填料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。片狀BN沿注射方向高度取向，而少量CNTs的加入則起到了搭接BN片和提高導(dǎo)熱填料堆積密度的作用，顯著提升了PC復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。與此同時(shí)，取向BN片在CNTs間發(fā)揮隔離作用，確保了材料的電絕緣性。采用高速注射成型的PC/BN(30 wt%)/CNT(2 wt%)復(fù)合材料的面內(nèi)方向熱導(dǎo)率達(dá)到2.05 W/mK，較純PC和PC/BN(30wt%)復(fù)合材料分別提高了832%和45.4% (圖1)。通過(guò)高速注塑成型方法制備的復(fù)合材料展現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和電絕緣性能，在電子電氣、新能源、航空航天和5G通訊等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。

掃描電子顯微鏡觀察(圖3)表明，對(duì)于高速注塑成型的PC/BN二元體系，片狀BN在高剪切力的作用下沿流動(dòng)方向完全取向。對(duì)于PC/BN/CNT三元體系，CNTs橋接在取向的BN片之間，起到聯(lián)通導(dǎo)熱通路的作用。由圖3(d, d’, e, e’)可知，CNTs因范德華力作用會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，而CNTs在PC/BN30/CNT2中的分散水平得到改善。因此，在高剪切場(chǎng)作用下，由于更大的粘度，熔體會(huì)承受更大的剪切力作用而使CNTs團(tuán)聚體減少。此外，分散性更好的CNTs在實(shí)現(xiàn)搭建更多導(dǎo)熱通路的同時(shí)，也有利于改善復(fù)合材料的綜合機(jī)械性能。

相關(guān)研究工作以“Highly Thermally Conductive yet Electrically Insulative Polycarbonate Composites with Oriented Hybrid Networks Assisted by High Shear Injection Molding”為題，發(fā)表在Macromolecular Materials and Engineering (DOI: 10.1002/mame.202100632)上。四川大學(xué)高分子研究所/高分子材料工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室碩士研究生白楊為論文第一作者，四川大學(xué)鄒華維教授、周生態(tài)副研究員為論文共同通訊作者。本工作受到中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目（2020M673217），蘇州市科技局重點(diǎn)研發(fā)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目（SG201937）和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目的支持。