隨著器件集成度的提高和使用環(huán)境的日益復(fù)雜,界面接觸差,應(yīng)力集中的熱界面材料在實(shí)際應(yīng)用中極易發(fā)生不規(guī)則變形、熱膨脹和擠壓以及振動(dòng),造成較大的溫度梯度和局部溫度過熱,導(dǎo)致界面層分離、熱控制失效和工程失效。因此,為確保散熱效果,設(shè)計(jì)能夠自動(dòng)適應(yīng)應(yīng)用環(huán)境與非平整、粗糙和動(dòng)態(tài)的接觸表面實(shí)現(xiàn)牢固貼合接觸,在不同的溫度場(chǎng)中保持良好的快速熱疏導(dǎo)能力的新型快速自修復(fù)彈性導(dǎo)熱材料是解決這一問題的重要策略之一。此外,除了高回彈性外,維持界面的黏附性是降低界面熱阻、提高k值的另一有效措施。具有強(qiáng)黏附力的導(dǎo)熱材料不僅可以改善導(dǎo)熱填料與聚合物之間的界面接觸,保持導(dǎo)熱材料的機(jī)械完整性和穩(wěn)定性,而且可以有效避免傳熱界面膨脹時(shí)新型導(dǎo)熱材料的脫落。根據(jù)之前的研究,在選擇取向高導(dǎo)熱填料的基礎(chǔ)上,通過控制聚合物分子間相互作用、軟硬段的類型以及交聯(lián)結(jié)構(gòu)的分布,優(yōu)化分子間氫鍵與強(qiáng)交聯(lián)的比例,實(shí)現(xiàn)可逆作用與強(qiáng)交聯(lián)的互補(bǔ),獲得具有連續(xù)立體網(wǎng)絡(luò)的聚合物,對(duì)于設(shè)計(jì)具有強(qiáng)黏附力和高彈性的新型自修復(fù)導(dǎo)熱復(fù)合材料具有重要意義。
近日,天津大學(xué)封偉教授團(tuán)隊(duì)使用乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(PDMS)作為交聯(lián)增強(qiáng)劑,聚2-[[(丁胺基)羰基]氧基]乙酯(PBA)作為軟段,通過優(yōu)化PBA與PDMS的含量設(shè)計(jì)聚合物基體。然后,基于力-熱耦合設(shè)計(jì)思想,采用模板法制備得到石墨烯陣列,利用物理浸漬填充法分多次將聚合物填充到溝壑狀褶皺石墨烯陣列(VAFG)的空隙內(nèi),獲得兼具強(qiáng)黏附、回彈性的聚(PBA-ran-PDMS)/VAFG智能導(dǎo)熱復(fù)合材料。因此,本研究建立了一種設(shè)計(jì)具有復(fù)雜功能熱導(dǎo)、傳感和機(jī)械傳導(dǎo)集成的聚合物基復(fù)合材料的方法,為未來高性能聚合物基界面材料的設(shè)計(jì)和制備提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持;它也為軟機(jī)器人和仿生假肢的發(fā)展提供了廣闊的潛在前景。
具體內(nèi)容如下:
圖4(a)壓縮傳熱模型的穩(wěn)態(tài)溫度分布熱模;不同(b)壓縮力和(c)溫度下的界面熱阻曲線;(d)聚(PBA-ran-PDMS)/VAFG材料界面處的傳熱模型;(e)有無聚(PBA-ran-PDMS)/VAFG界面材料的模型連接處的熱流分布模擬;(f)聚(PBA-ran-PDMS)/VAFG-Cu在不同比例下的總熱阻和界面熱阻
圖6 黏彈性導(dǎo)熱復(fù)合材料在智能感知與識(shí)別方面的應(yīng)用
識(shí)別未知材料是智能材料應(yīng)用的主要目標(biāo)。由于配備聚(PBA-ran-PDMS)/VAFG傳感器的機(jī)械手在不同物體上表現(xiàn)出明顯不同的傳熱和壓力趨勢(shì),因此可以在暗箱中使用機(jī)械手識(shí)別和測(cè)試由未知材料制成的物體。圖6描述了測(cè)試系統(tǒng)的示意圖,其中材料在暗箱中加熱至恒定溫度,然后操縱器抓取球,同時(shí)讀取溫度變化和壓力變化數(shù)據(jù),并繪制和分析數(shù)據(jù)。然后將趨勢(shì)與已知感知的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較,以獲得球的材質(zhì)紋理。
因此,本文研究結(jié)論如下:
(1)優(yōu)化PBA與PDMS獲得綜合力學(xué)性能的聚合物基體材料。對(duì)于PBA鏈段,當(dāng)PBA聚合物鏈段含量較高時(shí),共聚物分子交聯(lián)程度較低,分子的力學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)承載能力較差,導(dǎo)致聚合物的力學(xué)強(qiáng)度及黏附性相對(duì)較弱。相反,PDMS具有較大的力學(xué)強(qiáng)度,高PDMS含量下聚合物交聯(lián)程度較高,分子鍵氫鍵較少,聚合物分子間相互作用降低,導(dǎo)致最終高PDMS含量的共聚物材料力學(xué)強(qiáng)度提高,伸長(zhǎng)率和黏附性明顯降低。因此,優(yōu)化分子強(qiáng)交聯(lián)和分子間氫鍵的相互作用可以實(shí)現(xiàn)材料綜合力學(xué)性能的提高。
(2)黏附性強(qiáng)、高回彈性的聚(PBA-ran-PDMS)/VAFG的界面熱阻降低,導(dǎo)熱效率提高。兼具高彈性和界面黏附性的聚(PBA-ran-PDMS)/VAFG導(dǎo)熱材料可以排除產(chǎn)熱裝置和散熱裝置之間接口的空氣,填充裝置之間的間隙,降低接觸熱阻,可有效地將熱量從發(fā)熱裝置傳導(dǎo)到熱控制裝置。因此,引入強(qiáng)黏附和高彈性的概念,優(yōu)化可逆超分子相互作用或動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵是解決導(dǎo)熱基底強(qiáng)界面黏附及提高導(dǎo)熱效率的最有效方法。
(3)通過優(yōu)化聚合物的結(jié)構(gòu),控制復(fù)合材料的回彈性和導(dǎo)熱性,可以通過不同熱源材料的彈性和導(dǎo)熱性能實(shí)現(xiàn)材料材質(zhì)的智能感知和識(shí)別。
相關(guān)研究成果近期以“Highly Thermally Conductive Adhesion Elastomer Enhanced by Vertically Aligned Folded Graphene”為題發(fā)表在期刊Advanced Science上,文章第一作者為俞慧濤博士,通訊作者為封偉教授和馮奕鈺教授。該項(xiàng)研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的支持。
原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202201331
- 西工大顧軍渭/阮坤鵬團(tuán)隊(duì) Angew:本征高導(dǎo)熱液晶聚二甲基硅氧烷熱界面材料 2025-01-22
- 南京大學(xué)徐飛教授 AFM:具有高環(huán)境穩(wěn)定性的眼壓監(jiān)測(cè)智能隱形眼鏡 2024-04-17
- 上海工程技術(shù)大學(xué)宋仕強(qiáng)團(tuán)隊(duì) JMCA:糖塑法輔助制備的具有優(yōu)異觸覺感知功能的中空PDMS可穿戴織物 2024-03-13
- 河南科技大學(xué)陸昶教授團(tuán)隊(duì)CEJ:基于豎直石墨烯陣列的多功能電子皮膚 2021-12-10
- 鄭州輕大張曉靜教授團(tuán)隊(duì) CEJ:對(duì)水下親水表面黏附增強(qiáng)和在惡劣環(huán)境下具有強(qiáng)黏附的共晶凝膠粘合劑 2024-10-12
- 天津大學(xué)劉文廣教授團(tuán)隊(duì)《AFM》:兩性離子引發(fā)的超級(jí)黏合劑,可實(shí)現(xiàn)在多種惡劣環(huán)境中長(zhǎng)效高強(qiáng)黏合 2021-10-15
- 四川大學(xué)吳錦榮/兀琪《Macromolecules》:通過π型鑷子結(jié)構(gòu)構(gòu)建動(dòng)態(tài)穩(wěn)定硬相賦予自修復(fù)聚氨酯類硫化天然橡膠的回彈性 2023-11-09
誠(chéng)邀關(guān)注高分子科技

- 新政·AI智控·增效三重賦能...
- 2025重慶橡塑展亮點(diǎn)劇透,行...
- 國(guó)產(chǎn)替代加速,跨國(guó)巨頭云集...
- 2025涂料原料選料大會(huì)
- 市場(chǎng)破300億!PMEC China 色...
- 搶先注冊(cè)!2025年西部橡塑展...
- “碼”上參觀預(yù)登記,好禮拿...
- 聚合物發(fā)泡行業(yè)技術(shù)培訓(xùn)(第...
- 《塑料改性及加工技術(shù)要領(lǐng)》...
- 中國(guó)生命科學(xué)“36%增速”密...
- 關(guān)于舉辦第六屆中國(guó)實(shí)驗(yàn)室發(fā)...