隨著電氣設備集成程度和功率密度的不斷提高，導致其運行過程中產生大量的熱量聚集，嚴重影響了電子元器件的運行穩定性和使用壽命。因此電氣設備的散熱問題受到廣泛關注。

電氣設備的狹小空間內的主要散熱途徑如下：電子元器件作為發熱源通過熱界面材料將熱量傳輸到導熱結構件，然后通過內部空氣與外殼進行熱交換，最后散發到外部環境中。面對日益嚴峻的散熱挑戰，要求熱界面材料不僅要具有良好的導熱能力有效促進熱量傳輸，還需要較好的機械強度和電絕緣特性以滿足其在復雜環境和特殊工況下的穩定使用。

面對上述問題，利用高導熱填料對聚合物基底進行填充是一種常見策略，如h-BN、Al₂O₃、AlN、SiC等。相比于Al₂O₃等材料，具有高長徑比的片狀h-BN面內熱導率更高（300 Wm^-1K^-1），層狀結構更有利于進行取向化處理在復合材料內部形成快速導熱通道，表現出更優異的導熱增強效果。

高長徑比片狀h-BN微觀形貌

市售h-BN粉末規格不一，橫向尺寸通常在幾百納米到幾十微米范圍內，厚度通常為幾百納米。在h-BN填充的聚合物基復合材料中，考慮到提升片狀h-BN的高長徑比、h-BN在聚合物基體中的分散性、復合材料制備工藝的適用性等，通常需要對片狀h-BN進行剝離和表面功能化處理。此外，片狀h-BN的取向排列需要通過特定制備工藝實現，如真空輔助抽濾、冰模板法、熱壓法、層壓法等。這些特定工藝通過外力（真空作用、壓力等）誘導使高長徑比的片狀h-BN在復合材料內部順序排列和有序組裝，沿特定方向構建了多個聲子傳輸的“高速公路”，有效降低了接觸熱阻和界面熱阻，最終實現復合材料在某個方向的導熱效果增強。

復合材料內部片狀h-BN取向化排列結構示意圖

真空輔助抽濾工藝設備簡單、操作方便，被廣泛應用于片狀h-BN的取向化排列。片狀h-BN分散液和聚合物分子溶液簡單混合后置于真空抽濾裝置當中，待溶劑被抽干之后即可在微孔濾膜上獲得片狀h-BN填充的復合薄膜。常用聚合物包括水溶性纖維素、纖維素納米纖維、聚乙烯醇等。真空抽濾過程中，具有高長徑比的片狀h-BN在真空作用誘導下有序組裝形成規則層狀結構，片狀h-BN通過其表面官能團與聚合物分子進行了有效連接，能夠賦予復合材料較佳的力學強度，使其經過多次反復折疊之后仍具有良好的柔韌性。高度有序的層狀結構當中，h-BN片與片之間產生較大的接觸面積并且形成有效接觸，極大的降低了熱量傳輸過程中的阻礙作用，使得熱量能夠快速高效地在有序結構形成的平面內進行輸運，因此高h-BN填充量的復合薄膜平面內導熱性能可超過100 Wm^-1K^-1。

相比于無定形的聚合物分子，聚合物納米纖維不僅能夠在h-BN片與片之間形成有效連接，更重要的是增加了h-BN片和片之間的有效接觸面積，降低了接觸熱阻和界面熱阻。因此在同等填充量下，h-BN/聚合物納米纖維復合材料平面內熱導率一般要更優。當片狀h-BN填充量達到50 wt%時，真空抽濾的h-BN/聚合物納米纖維復合材料平面內熱導率能夠同鋁合金相媲美（高達145.7 Wm^-1K^-1），比片狀h-BN隨機分布的復合材料整整高出一個數量級，相比于純的聚合物薄膜導熱性能提升更是超過100倍。當片狀h-BN填充量高達90 wt%時，真空抽濾的h-BN/無定形聚合物分子復合材料平面內熱導率僅能達到120 Wm^-1K^-1。

片狀h-BN取向化排列的復合材料截面微觀形貌

熱壓工藝主要適用于熱塑性聚合物復合材料的制備。首先將片狀h-BN和熱塑性聚合物（如熱塑性聚氨酯等）按照比例通過球磨、機械攪拌等方式混合均勻，隨后將混合物料置于熱壓設備中在一定溫度下施加適當壓力進行成型，最終制備得到h-BN/熱塑性聚合物復合材料。熱壓制備過程中，高填充量的片狀h-BN在熱壓誘導下逐漸調整位置和取向，形成h-BN片層有序堆疊的層狀結構，構建了熱量傳輸的高速通道。當片狀h-BN填充量達到90 wt%時，復合材料的平面內熱導率可達40 ~ 50 Wm^-1K^-1。當h-BN填充量相同時，真空輔助抽濾工藝制備的復合薄膜平面內熱導率要高于熱壓工藝制備的復合薄膜，這主要是受到片狀h-BN填料長徑比以及h-BN片與片之間有效接觸面積的影響。

熱壓工藝目前也被擴展應用于h-BN/聚合物混合凝膠制備復合薄膜領域。首先將片狀h-BN與聚合物納米纖維分散液或聚合物溶液混合制備得到凝膠，隨后通過熱壓處理去除凝膠當中溶劑，同時誘導片狀h-BN取向化排列，形成高度有序的均勻層狀結構，進而提升復合薄膜平面內的導熱性能。

層壓工藝的應用主要是受到千層餅結構和生產工藝的啟發。首先通過靜電紡絲等技術制備得到網絡結構的聚合物纖維，隨后將功能化處理的片狀h-BN分散液均勻噴涂到纖維表面，片狀h-BN通過其表面官能團與纖維表面官能團之間的相互作用牢固附著在纖維表面，得到h-BN涂布的聚合物纖維。這種纖維可作為制備復合薄膜的原材料，經過熱壓處理后誘導片狀h-BN有序排列，實現更高的散熱效率。由h-BN涂布的聚合物纖維層壓制備的復合薄膜通常具有較多的微小空隙，同時h-BN的填充量也因噴涂工藝受到限制，因此其平面內熱導率最高只有20 Wm^-1K^-1左右。

在h-BN/聚合物高導熱電絕緣復合材料領域，取向化處理工藝的應用誘導高長徑比的片狀h-BN有序排列形成高度有序的層狀結構，有效地促進了復合材料平面內的熱量傳輸，使復合薄膜實現了超過100 Wm^-1K^-1的超高平面內熱導率。這類復合材料在實際熱管理場景中表現出巨大的應用潛力，有望克服和適應現代電子工業中電子元器件集成化帶來的散熱挑戰，是未來發展的重要方向。

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