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  隨著電子封裝技術(shù)和大功率器件的快速發(fā)展，其中對高效的熱擴散和可靠的絕緣性能的需求愈加增多。高分子材料具有眾多優(yōu)勢，在電子工業(yè)中廣泛應(yīng)用，然而其導(dǎo)熱性能差。氧化鋁具有較高本征熱導(dǎo)率、優(yōu)異的高溫絕緣性能、良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及低成本，但由于聚合物本身較低的導(dǎo)熱系數(shù)或者通過摻雜高含量的導(dǎo)熱填料獲得的高導(dǎo)熱性能的同時引起的機械等性能急劇惡化等問題的存在，難以滿足發(fā)展的需求。

  針對解決上述問題，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所表面事業(yè)部功能碳素材料團隊采用常見的棉花糖（蔗糖纖維）為模板制備出三維球型氧化鋁導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。先將蔗糖纖維預(yù)置于環(huán)氧樹脂中后固化，利用蔗糖纖維的水溶性和預(yù)先形成的三維網(wǎng)絡(luò)孔道，后將氧化鋁懸浮液沖壓入三維網(wǎng)絡(luò)孔道中，再次填充環(huán)氧樹脂后成復(fù)合材料。在氧化鋁含量為36.2 vol%時，復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)相較于純環(huán)氧樹脂提高15倍，達到3.17 W/mK，如圖1所示。于此同時，制備的復(fù)合材料仍保持高絕緣性，此種方法成本可控，原料易得且環(huán)境友好。

圖1 棉花糖預(yù)置模板法制備聚合物復(fù)合材料及復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)與氧化鋁含量關(guān)系。

  除此之外，研究還發(fā)現(xiàn)在氧化鋁懸浮液通過真空輔助過濾方法(Vacuum-assisted Infiltration Method)，在聚乙烯醇泡棉中構(gòu)筑三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，從而能在低填料含量下極大提升高分子基體的熱導(dǎo)率。通過這種方法制備的氧化鋁/聚乙烯醇復(fù)合材料在氧化鋁含量為45.4 vol%時，其熱導(dǎo)率達到4.79 W/mK。制備的復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)粉料共混方法(Powder Mixing Method)制備的復(fù)合材料，并且隨著氧化鋁含量的增加，這種優(yōu)勢越明顯，如圖2所示。除此之外，得到的復(fù)合材料也具備優(yōu)異的電絕緣和力學(xué)性能。

圖2真空輔助過濾方法制備復(fù)合材料和粉料共混方法制備復(fù)合材料在不同填料含量下熱導(dǎo)率對比圖。

  文章相繼發(fā)表在ACS Appl. Mater. Interfaces和J. Mater. Chem. C上。文章第一作者為中科院寧波材料所已畢業(yè)碩士吳宇明。虞錦洪研究員、江南研究員和林正得研究員為文章通訊作者。以上工作獲得國家自然科學(xué)基金（51573201）、浙江省公益技術(shù)應(yīng)用研究計劃（2016C31026）和3315創(chuàng)新團隊等項目資助。

論文鏈接

Yuming Wu, Kai Ye, Zhiduo Liu, Bo Wang, Chao Yan, Zhongwei Wang, Cheng-Te Lin*, Nan Jiang* and Jinhong Yu*, Cotton Candy-Templated Fabrication of Three-Dimensional Ceramic Pathway within Polymer Composite for Enhanced Thermal Conductivity. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019 DOI: 10.1021/acsami.9b15758.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b15758

Yuming Wu, Kai Ye, Zhiduo Liu, Mengjie Wang, Kuan W.A. Chee. Cheng-Te Lin*, Nan Jiang* and Jinhong Yu*, Effective thermal transport highway construction within dielectric polymer composites via a vacuum-assisted infiltration method. J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 6494-6501.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/tc/c8tc01464g