隨著電氣設(shè)備集成程度和功率密度的不斷提高，導(dǎo)致其運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱量聚集，嚴(yán)重影響了電子元器件的運(yùn)行穩(wěn)定性和使用壽命。因此電氣設(shè)備的散熱問(wèn)題受到廣泛關(guān)注。

電氣設(shè)備的狹小空間內(nèi)的主要散熱途徑如下：電子元器件作為發(fā)熱源通過(guò)熱界面材料將熱量傳輸?shù)綄?dǎo)熱結(jié)構(gòu)件，然后通過(guò)內(nèi)部空氣與外殼進(jìn)行熱交換，最后散發(fā)到外部環(huán)境中。面對(duì)日益嚴(yán)峻的散熱挑戰(zhàn)，要求熱界面材料不僅要具有良好的導(dǎo)熱能力有效促進(jìn)熱量傳輸，還需要較好的機(jī)械強(qiáng)度和電絕緣特性以滿(mǎn)足其在復(fù)雜環(huán)境和特殊工況下的穩(wěn)定使用。

面對(duì)上述問(wèn)題，利用高導(dǎo)熱填料對(duì)聚合物基底進(jìn)行填充是一種常見(jiàn)策略，如h-BN、Al₂O₃、AlN、SiC等。相比于Al₂O₃等材料，具有高長(zhǎng)徑比的片狀h-BN面內(nèi)熱導(dǎo)率更高（300 Wm^-1K^-1），層狀結(jié)構(gòu)更有利于進(jìn)行取向化處理在復(fù)合材料內(nèi)部形成快速導(dǎo)熱通道，表現(xiàn)出更優(yōu)異的導(dǎo)熱增強(qiáng)效果。

高長(zhǎng)徑比片狀h-BN微觀形貌

市售h-BN粉末規(guī)格不一，橫向尺寸通常在幾百納米到幾十微米范圍內(nèi)，厚度通常為幾百納米。在h-BN填充的聚合物基復(fù)合材料中，考慮到提升片狀h-BN的高長(zhǎng)徑比、h-BN在聚合物基體中的分散性、復(fù)合材料制備工藝的適用性等，通常需要對(duì)片狀h-BN進(jìn)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(guò)特定制備工藝實(shí)現(xiàn)，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(guò)外力（真空作用、壓力等）誘導(dǎo)使高長(zhǎng)徑比的片狀h-BN在復(fù)合材料內(nèi)部順序排列和有序組裝，沿特定方向構(gòu)建了多個(gè)聲子傳輸?shù)摹案咚俟贰保行Ы档土私佑|熱阻和界面熱阻，最終實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料在某個(gè)方向的導(dǎo)熱效果增強(qiáng)。

復(fù)合材料內(nèi)部片狀h-BN取向化排列結(jié)構(gòu)示意圖

真空輔助抽濾工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，被廣泛應(yīng)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(jiǎn)單混合后置于真空抽濾裝置當(dāng)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(fù)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(guò)程中，具有高長(zhǎng)徑比的片狀h-BN在真空作用誘導(dǎo)下有序組裝形成規(guī)則層狀結(jié)構(gòu)，片狀h-BN通過(guò)其表面官能團(tuán)與聚合物分子進(jìn)行了有效連接，能夠賦予復(fù)合材料較佳的力學(xué)強(qiáng)度，使其經(jīng)過(guò)多次反復(fù)折疊之后仍具有良好的柔韌性。高度有序的層狀結(jié)構(gòu)當(dāng)中，h-BN片與片之間產(chǎn)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(guò)程中的阻礙作用，使得熱量能夠快速高效地在有序結(jié)構(gòu)形成的平面內(nèi)進(jìn)行輸運(yùn)，因此高h(yuǎn)-BN填充量的復(fù)合薄膜平面內(nèi)導(dǎo)熱性能可超過(guò)100 Wm^-1K^-1。

相比于無(wú)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(fù)合材料平面內(nèi)熱導(dǎo)率一般要更優(yōu)。當(dāng)片狀h-BN填充量達(dá)到50 wt%時(shí)，真空抽濾的h-BN/聚合物納米纖維復(fù)合材料平面內(nèi)熱導(dǎo)率能夠同鋁合金相媲美（高達(dá)145.7 Wm^-1K^-1），比片狀h-BN隨機(jī)分布的復(fù)合材料整整高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，相比于純的聚合物薄膜導(dǎo)熱性能提升更是超過(guò)100倍。當(dāng)片狀h-BN填充量高達(dá)90 wt%時(shí)，真空抽濾的h-BN/無(wú)定形聚合物分子復(fù)合材料平面內(nèi)熱導(dǎo)率僅能達(dá)到120 Wm^-1K^-1。

片狀h-BN取向化排列的復(fù)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(fù)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(guò)球磨、機(jī)械攪拌等方式混合均勻，隨后將混合物料置于熱壓設(shè)備中在一定溫度下施加適當(dāng)壓力進(jìn)行成型，最終制備得到h-BN/熱塑性聚合物復(fù)合材料。熱壓制備過(guò)程中，高填充量的片狀h-BN在熱壓誘導(dǎo)下逐漸調(diào)整位置和取向，形成h-BN片層有序堆疊的層狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了熱量傳輸?shù)母咚偻ǖ馈．?dāng)片狀h-BN填充量達(dá)到90 wt%時(shí)，復(fù)合材料的平面內(nèi)熱導(dǎo)率可達(dá)40 ~ 50 Wm^-1K^-1。當(dāng)h-BN填充量相同時(shí)，真空輔助抽濾工藝制備的復(fù)合薄膜平面內(nèi)熱導(dǎo)率要高于熱壓工藝制備的復(fù)合薄膜，這主要是受到片狀h-BN填料長(zhǎng)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(kuò)展應(yīng)用于h-BN/聚合物混合凝膠制備復(fù)合薄膜領(lǐng)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(guò)熱壓處理去除凝膠當(dāng)中溶劑，同時(shí)誘導(dǎo)片狀h-BN取向化排列，形成高度有序的均勻?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，進(jìn)而提升復(fù)合薄膜平面內(nèi)的導(dǎo)熱性能。

層壓工藝的應(yīng)用主要是受到千層餅結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝的啟發(fā)。首先通過(guò)靜電紡絲等技術(shù)制備得到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(guò)其表面官能團(tuán)與纖維表面官能團(tuán)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(fù)合薄膜的原材料，經(jīng)過(guò)熱壓處理后誘導(dǎo)片狀h-BN有序排列，實(shí)現(xiàn)更高的散熱效率。由h-BN涂布的聚合物纖維層壓制備的復(fù)合薄膜通常具有較多的微小空隙，同時(shí)h-BN的填充量也因噴涂工藝受到限制，因此其平面內(nèi)熱導(dǎo)率最高只有20 Wm^-1K^-1左右。

在h-BN/聚合物高導(dǎo)熱電絕緣復(fù)合材料領(lǐng)域，取向化處理工藝的應(yīng)用誘導(dǎo)高長(zhǎng)徑比的片狀h-BN有序排列形成高度有序的層狀結(jié)構(gòu)，有效地促進(jìn)了復(fù)合材料平面內(nèi)的熱量傳輸，使復(fù)合薄膜實(shí)現(xiàn)了超過(guò)100 Wm^-1K^-1的超高平面內(nèi)熱導(dǎo)率。這類(lèi)復(fù)合材料在實(shí)際熱管理場(chǎng)景中表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，有望克服和適應(yīng)現(xiàn)代電子工業(yè)中電子元器件集成化帶來(lái)的散熱挑戰(zhàn)，是未來(lái)發(fā)展的重要方向。

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