1月13日，Advanced Science（先進材料）期刊發表了西安交通大學一項通過生物模板陶瓷化技術和環氧樹脂真空浸漬法制備各向異性聚合物復合材料的簡便有效方法，獲得的環氧基碳化硅材料具有各向異性結構，垂直10.27 W/mk的高導熱率（TC），各向異性TC比5.77，低線性膨脹系數12.23 ppm/K，負載增強效率高的同時具有高熱穩定性和優異的阻燃性。這項工作為先進電子封裝領域的多功能應用的高性能熱管理材料的設計和制造提供了新的散熱解決方案。

論文地址：https://doi.org/10.1002/advs.202103592

bioSiC/EP 復合材料的制備和光學圖像。

a) bioSiC/EP復合材料的制備過程示意圖。b) 以天然楊木為原料的光學圖像。c) 碳模板、bioSiC陶瓷和bioSiC/EP復合材料的光學圖像。

熱管理材料通常由聚合物基體和具有高導熱性的無機填料組成。然而，由于填料不可避免的團聚，總是需要大量的填料（高于50vol%）來獲得連續有效的熱傳導路徑并達到目標TC值。但，如此高的負載量通常會導致成本高、機械性能下降和加工難度增加。近年來，在聚合物基體中引入預構建的3D填料網絡得到了深入研究，目的是顯著提高 TC 增強效率。這種想法可以確保大部分能量通過 3D 填料骨架傳遞，從而避免不必要的聚合物/填料界面熱阻。換句話說，3D填料框架充當了一個宏觀“高速公路”，用于在整個復合材料中快速傳輸聲子，這意味著可以在降低填料負載濃度的情況下實現高TC。

但是，隨機互連且均勻的3D填料網絡的各向同性特性意味著曲折的熱傳導路徑，無法最大化TC增強效率，如果在聚合物基體中構建垂直排列且緊密互連的3D填料框架就有望使傳熱路徑更直，進而促進整個復合材料的熱傳導。此外，現代電子基板還需要具有低線性熱膨脹系數（CLTE）的材料，低CLTE基板材料可以減少基板和電子元件之間的熱誘發應力和膨脹失配。

SiC是一種很有前途的聚合物復合材料陶瓷填料，具有高TC、低CLTE、優異的熱穩定性和顯著的化學穩定性。而樹木利用垂直排列的細胞通道來定向輸送水分和養分，這是本次研究的靈感。本次研究團隊通過使用熱解碳模板對 SiO 蒸氣進行碳熱還原來制造垂直排列且密集互連的 3D 生物質衍生SiC(bioSiC) 骨架然后將EP浸漬到該框架中以獲得最終的環氧復合材料（bioSiC/EP）。通過采用這種源自木材的技術，木材組織的各向異性微觀結構在bioSiC陶瓷中完全復制。結果如文章開頭所述，這證明該方法在設計和制備具有高導熱效率的熱管理材料方面表現出巨大的潛力。

編譯 YUXI

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