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  聚合物材料由于輕質(zhì)、高比強(qiáng)度/比模量、易成型加工、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和低成本等，常被用于能源、電氣/電器和電子領(lǐng)域中。但其本體導(dǎo)熱系數(shù)低（λ在0.18～0.44 W/mK之間），無法適應(yīng)有機(jī)太陽能電池、儲能材料、特高壓輸電設(shè)備和大功率LEDs等設(shè)備、元器件高效快速的導(dǎo)/散熱要求。

  近些年，西北工業(yè)大學(xué)顧軍渭教授“結(jié)構(gòu)-功能高分子復(fù)合材料”（SFPC）課題組長期聚焦導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的可控制備及內(nèi)稟機(jī)理研究。基于本征導(dǎo)熱、共混復(fù)合和外場誘導(dǎo)成型加工，“基體-界面-填料”的熱傳輸性質(zhì)以及“分子鏈-導(dǎo)熱通路-導(dǎo)熱性能”本構(gòu)關(guān)系研究，制備出多種具有優(yōu)異耐熱性能和良好力學(xué)性能的導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料及制品，明晰、完善和發(fā)展了其導(dǎo)熱機(jī)理。已主持國家自然科學(xué)基金2項；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項科研基金、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)計劃杰出青年基金項目和陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃項目等省部級基金項目5項。已在Appl Mater Today, Carbon, Compos Sci Technol, Composites Part A/B和Int J Heat Mass Tran等期刊發(fā)表第一作者/通訊作者相關(guān)SCI論文36篇，SCI引用1800余次（入選第一/通訊作者ESI熱點(diǎn)論文8篇、ESI高被引論文13篇）；授權(quán)和公開國家發(fā)明專利9件。研發(fā)的導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料制品（XGD-TC系列）在南通東泰電工器材有限公司、大連疆宇新材料科技有限公司、公牛集團(tuán)有限公司等5家公司獲得應(yīng)用（圖1），解決了大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽、大功率LED燈和5G手機(jī)外殼等元器件的散熱瓶頸問題。

圖1 導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料制品（XGD-TC系列）在多家公司獲得應(yīng)用

（1）在本征型高導(dǎo)熱液晶環(huán)氧的設(shè)計、合成方面。

  SFPC課題組2016級博士研究生楊旭彤同學(xué)以對甲苯磺酰氯、4, 4’-二羥基聯(lián)苯、環(huán)氧氯丙烷和三乙胺為原料合成出一種基于聯(lián)苯介晶基元的本征型高導(dǎo)熱液晶環(huán)氧（圖2），其固化物的λ為0.51 W/mK，遠(yuǎn)高于通用環(huán)氧樹脂（E-51）的λ（0.19 W/mK）。

圖2 聯(lián)苯介晶基元本征型高導(dǎo)熱液晶環(huán)氧的設(shè)計、合成及其復(fù)合材料

  SFPC課題組通過調(diào)控聚合物分子鏈中的基團(tuán)結(jié)構(gòu)以及與小分子之間的相互作用，提高了聲子在聚合物基體內(nèi)的傳輸效率，使材料在保證透明同時兼具高導(dǎo)熱特性（Composites Part B, 2019, 166: 509）；同時，利用三聚氰胺分子間的多重氫鍵作用，實現(xiàn)了無外場作用下無機(jī)晶體材料在聚合物基體內(nèi)的定向自組裝，賦予純有機(jī)材料的高導(dǎo)熱性能，為制備取向排布的有機(jī)功能復(fù)合材料提供了新的思路和方法（ACS Appl Polym Mater, 2019, 1: 1291）。

（2）在直接共混復(fù)合制備導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料方面。

  SFPC課題組通過在聚合物樹脂基體中填充單一或混雜高導(dǎo)熱填料，經(jīng)熔融、溶液或粉末共混復(fù)合制備了一系列導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料（Carbon, 2019, 141: 506；J Mater Chem C, 2018, 6: 13108；Compos Sci Technol, 2018, 164: 59；Composites Part A, 2018, 107: 570；Composites Part A, 2017, 92: 27；Composites Part A, 2017, 95: 267；Nanoscale, 2016, 8: 19984）。鑒于導(dǎo)熱填料和樹脂基體聲子振動頻率不匹配問題（界面通常被認(rèn)為是熱阻），通過界面分子學(xué)設(shè)計，引入特定界面聚合物層解決了由于導(dǎo)熱填料/樹脂基體界面熱阻引起的復(fù)合材料導(dǎo)熱性能提升不佳的關(guān)鍵問題（Compos Sci Technol, 2017, 139: 83；Composites Part A, 2017, 101: 237；Int J Heat Mass Tran, 2016, 92: 15；Composites Part A, 2015, 78: 95）。利用原子力顯微鏡（AFM）微掃描熱掃描技術(shù)，定性分析了“基體-界面-填料”的熱傳輸性質(zhì)（圖3），為理解界面力學(xué)性質(zhì)與界面?zhèn)鳠岬亩垦芯刻峁⿲嶒炇侄危矊缑嬖趯?dǎo)熱高分子復(fù)合材料中的傳熱作用有了新理解（Nanoscale, 2018, 10: 695）。同時，基于“導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)-分子鏈運(yùn)動-導(dǎo)熱性能”本構(gòu)關(guān)系研究，提出“導(dǎo)熱逾滲”行為對高分子復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的快速提升起著極其重要的作用（Polym Compos, 2014, 35: 1087）。

圖3 基于AFM微掃描熱技術(shù)的高分子復(fù)合材料界面剛度與導(dǎo)熱關(guān)系研究

（3）在外場誘導(dǎo)成型制備導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料方面。

  SFPC課題組設(shè)計開發(fā)“共混復(fù)合-靜電紡絲-高溫模壓”制備導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料技術(shù)（Composites Part B, 2019,

10.1016/j.compositesb.2019.107070；Compos Commun, 2018, 10: 68；Composites Part A, 2015, 79: 8）；采用原位聚合進(jìn)一步提升導(dǎo)熱填料在聚合物基體中的均勻分散性（Composites Part A, 2019, 124: 105484），實現(xiàn)了導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料內(nèi)導(dǎo)熱通路的高效形成。并基于“聲子散射-界面熱阻-導(dǎo)熱性能”本構(gòu)關(guān)系研究，根據(jù)優(yōu)化的Hashin-Shtrikman、有效介質(zhì)理論（EMT）和Foygel等模型計算得到填料/填料、填料/基體之間的界面熱阻，從微觀角度揭示了填料表面功能化改性以及外場誘導(dǎo)成型加工提高導(dǎo)熱性能的根本原因（Composites Part A, 2017, 94: 209；Composites Part B, 2019, 164: 732）。

  在前期研究基礎(chǔ)上，SFPC課題組2018級博士研究生郭永強(qiáng)同學(xué)通過設(shè)計制備新型的導(dǎo)熱填料及對其進(jìn)行表面功能化改性（CMG、Ag/rGO 和f-MWCNT-g-rGO），并基于“原位聚合-靜電紡絲-高溫模壓”制備技術(shù)實現(xiàn)了較低導(dǎo)熱填料用量下聚酰亞胺復(fù)合材料內(nèi)導(dǎo)熱通路或?qū)峋W(wǎng)絡(luò)的高效形成（J Mater Chem C, 2018, 6: 3004；ACS Appl Mater Inter, 2019, 10.1021/acsami.9b10161；J Mater Chem C, 2019, 7: 7035），解決了現(xiàn)有常規(guī)制備加工方法難以兼顧高分子復(fù)合材料高導(dǎo)熱和優(yōu)異力學(xué)性能的技術(shù)瓶頸問題。并基于EMT和熱量守恒，綜合考慮諸多影響因素（導(dǎo)熱填料厚度、幾何因子、取向分布和體積分?jǐn)?shù)；導(dǎo)熱填料和聚合物基體間的界面熱阻及界面層厚度，導(dǎo)熱填料和聚合物基體本體的導(dǎo)熱系數(shù)），建立了更適用于具有層狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的導(dǎo)熱模型和方程（圖4和方程1-3），有望用于計算各向異性導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)。

圖4 導(dǎo)熱填料的制備/功能化及其PI導(dǎo)熱復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能、模型/方程

  SFPC課題組還綜述了導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的分類、測試方法&設(shè)備、導(dǎo)熱模型&方程和導(dǎo)熱機(jī)理，闡述了導(dǎo)熱填料和聚合物基體的種類、特性，導(dǎo)熱填料/聚合物基體的界面特性、摻雜方式以及制備方法等發(fā)展現(xiàn)狀和研究進(jìn)展，以“Review”形式發(fā)表在Appl Mater Today（2018, 12: 92-130）和Adv Compos Hybrid Mater（2018, 1: 207-230）上。

  郭永強(qiáng)，河南平輿人，2018級博士研究生。2016年在西北工業(yè)大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，同年保送顧軍渭教授SFPC課題組攻讀碩士學(xué)位，并于2018年提前攻讀博士學(xué)位。主要從事基于靜電紡絲技術(shù)的聚酰亞胺導(dǎo)熱復(fù)合材料制備及內(nèi)稟機(jī)理研究。獲2016~2017及2017~2018學(xué)年研究生國家獎學(xué)金。主持西北工業(yè)大學(xué)研究生創(chuàng)新創(chuàng)意種子基金（重點(diǎn)）1項，參與國家自然科學(xué)基金2項、國防科技項目基金1項，陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)計劃杰出青年基金1項、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃項目1項。在ACS Appl Mater Inter, J Mater Chem C, Compos Sci Technol, Composites Part A/B等國際知名期刊發(fā)表SCI論文14篇，其中第一作者（含導(dǎo)師第一和共同第一）SCI論文8篇，SCI引用600余次（入選第一作者ESI熱點(diǎn)論文2篇，ESI高被引論文3篇），H因子10；參與國際會議4次并作口頭報告、參與國內(nèi)會議7次。授權(quán)、公開國家發(fā)明專利5件。

附第一作者發(fā)表論文清單

01. Yongqiang Guo, Xutong Yang, Kunpeng Ruan, et al., Reduced graphene oxide heterostructured silver nanoparticles significantly enhanced thermal conductivities in hot-pressed electrospun polyimide nanocomposites. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019,10.1021/acsami.9b10161.

02. Yongqiang Guo^#, Zhaoyuan Lyu^#, Xutong Yang, et al.,Enhanced thermal conductivities and decreased thermal resistances of functionalized boron nitride/polyimide composites.Composites Part B-Engineering, 2019, 164: 732-739.

03. Yongqiang Guo, Kunpeng Ruan, Xutong Yang, et al., Constructing fully carbon-based fillers with hierarchical structure to fabricate highly thermally conductive polyimide nanocomposites. Journal of Materials Chemistry C, 2019, 7: 7035-7044.

04. Yongqiang Guo^#, Lulu Pan^#, Xutong Yang, et al., Simultaneous improvement of thermal conductivities and electromagnetic interference shielding performances in polystyrene composites via constructing interconnection oriented networks based on electrospinning technology. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2019, 124: 105484.

05. Yongqiang Guo^#, Genjiu Xu^#, Xutong Yang, et al., Significantly enhanced and precisely modeled thermal conductivity in polyimide nanocomposites with chemically modified graphene via in situ polymerization and electrospinning-hot press technology. Journal of Materials Chemistry C, 2018, 6: 3004-3015. ESI熱點(diǎn)論文（2018年第5-6期，2019年第1-3期）、ESI高被引論文（2018年第4-6期，2019年第1-3期）. SCI引用148次！

06. Xutong Yang^#, Yongqiang Guo^#, Xian Luo, et al., Self-healing, recoverable epoxy elastomers and their composites with desirable thermal conductivities by incorporating BN fillers via in-situ polymerization. Composites Science and Technology, 2018, 164: 59-64. ESI熱點(diǎn)論文（2019年第1-2期）、ESI高被引論文（2019年第1-3期）. SCI引用58次！

07. Junwei Gu*, Yongqiang Guo^#, Xutong Yang^#, et al., Synergistic improvement of thermal conductivities of polyphenylene sulfide composites filled with boron nitride hybrid fillers.Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2017, 95: 267-273. ESI高被引論文（2017年第6期，2018年第1-6期，2019年第1-2期）. SCI引用55次！

08. Junwei Gu*, Yongqiang Guo, Zhaoyuan Lv, et al., Highly thermally conductive POSS-g-SiCp/UHMWPE composites with excellent dielectric properties and thermal stabilities.Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2015, 78: 95-101.

  顧軍渭，教授、博導(dǎo)，西北工業(yè)大學(xué)翱翔青年學(xué)者特聘教授、陜西省杰出青年科學(xué)基金獲得者（2019-2021）。2002、2006和2010年在西北工業(yè)大學(xué)分別獲學(xué)士、碩士和博士學(xué)位。主要從事功能高分子復(fù)合材料和先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)/功能一體化設(shè)計、制備及加工研究。現(xiàn)任理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系主任、無人系統(tǒng)技術(shù)研究院智能材料與結(jié)構(gòu)研究所負(fù)責(zé)人；兼任中國復(fù)合材料學(xué)會導(dǎo)熱復(fù)合材料專業(yè)委員會常務(wù)副主任、中國復(fù)合材料學(xué)會青年工作委員會委員等。擔(dān)任Adv Compos Hybrid Mater期刊副主編，Eng Sci期刊執(zhí)行主編，Composites Part B期刊助理編輯, Composites Part B, Compos Commun期刊編委等。主持國家自然科學(xué)基金、軍品配套項目、國防科技項目基金等國家級基金項目4項；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項科研基金、陜西省杰出青年科學(xué)基金項目、航天科技創(chuàng)新基金和航空科學(xué)基金等省部級項目12項。已在Nat Commun, Angew Chem Int Edit, ACS Nano和Compos Sci Technol等期刊發(fā)表SCI論文141篇（SCI引用3600余次，7篇論文單篇SCI引用超過100次），H因子37；其中第一作者/通訊作者SCI論文84篇（SCI引用2800余次；入選ESI熱點(diǎn)論文9篇、ESI高被引論文19篇）。授權(quán)和受理國家發(fā)明專利30項；參編Wiley出版社專著1部、高等學(xué)校規(guī)劃教材1部。