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  隨著微納電子器件熱功率密度的迅速增長，控制熱量的傳遞對于解決能源危機和電子設備加熱等問題尤為重要，開發高性能的聚合物基導熱復合材料已成為科學和工業界研究熱點。然而，目前已報道的聚合物基導熱復合材料的導熱效率遠未達到預期，主要有以下原因：1）聚合物復合材料中相之間的固有界面熱阻。2）復合材料與接觸面之間高的界面接觸熱阻。因此，僅僅提高復合材料導熱率并不意味著高效界面熱傳導以及有效的傳熱效率。解決這一問題的一個很有前景的策略是設計聚合物分子來增強界面之間的粘合，實現固體-固體界面的有效傳熱。

  近日，天津大學封偉教授團隊設計合成了一種仿生粘附聚合物基導熱復合材料，該聚合物基體以3-甲基丙烯酰多巴胺和甲基丙烯酸羥乙脂為原料合成了一種受貽貝和蝸牛粘附機理啟發的共聚物P(DMA-HEMA)（圖1a）。將P(DMA-HEMA)與作為導熱填料的垂直排列的碳納米管（VACNTs）結合，形成了具有超高粘附性和各向異性導熱的聚合物基導熱復合材料P(DMA-HEMA)/VACNTs。這種仿生粘附聚合物通過豐富的氫鍵、金屬配位以及與表面的機械互鎖的協同作用，確保了良好的界面粘合和界面熱傳遞。來自鄰苯二酚基團的氫鍵和π-π相互作用共同促進了兩個相鄰VACNT之間的聲子傳輸。基于聚合物設計的策略與多級界面調制相結合，同時實現了強界面粘合性和高導熱性。

具體內容如下：

圖1. 聚合物基導熱復合材料的粘附性能

圖2. 聚合物基導熱復合材料的導熱性能

圖3. 聚合物基導熱復合材料實現導熱通路修復的應用

圖4. 聚合物基導熱復合材料在零壓力條件下作為熱界面材料的性能提升

  因此本文結論如下：

  （1）通過與表面形成氫鍵、金屬配位和機械互鎖，P（DMA-HEMA）/VACNTs復合材料具有高粘附能力，降低復合材料與接觸表面的界面熱阻，提高傳熱效率。

  （2）基于具有有序堆疊的碳納米管陣列，該復合材料在貫穿平面方向上表現出優異的各向異性熱導率（21.46 W m^-1 K^-1）。由于復合材料與碳納米管的相互作用（例如π-π相互作用），降低了填料間的熱阻，復合材料的平面熱導率相比于碳納米管陣列增大335%。

  （3）P（DMA-HEMA）/VACNT的優異導熱性和粘附能力實現了對導熱通路的異質修復。此外，該復合材料在無應力條件下作為熱界面材料表現出優異的熱穩定性和可靠性。因此，它作為高強度和長期使用的散熱器組件具有巨大的應用潛力。

  相關研究成果近期以“A Bioinspired Polymer-Based Composite Displaying Both Strong Adhesion and Anisotropic Thermal Conductivity”為題發表在期刊Advanced Functional Materials上。天津大學博士生張恒為第一作者，封偉教授為通訊作者。該項研究受到國家自然科學基金重點項目的支持。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202211985