一种热导率达262W/mK的环氧树脂复合材料
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背景介绍
随着集成化和高功率密度的持续发展，现代电子设备和系统在运行过程中通常会产生大量热量。在高度集成的电子设备中，积累的热量如果不能及时或充分地散发出去，可能会严重损害其稳定运行，并可能缩短其使用寿命。这种情况加剧了对高效导热材料的需求。聚合物导热复合材料在电子工业的热管理应用中具有广阔前景，但由于声子散射及填料-填料、填料-基质界面热阻的影响，其热导率通常远低于金属，实现超过200W/m·K的高热导率仍面临挑战。
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成果掠影
近日，北京化工大学于中振、李晓锋、刘骥团队通过构建一种致密的互连填料框架，将垂直碳纤维阵列与高质量自组装石墨烯网络焊接，实现了超高导热环氧树脂复合材料的制备。研究团队利用中间相沥青基碳纤维阵列与自组装石墨烯网络的协同作用，构建致密的互连填料框架，以显著提升复合材料导热性能。其中垂直排列的连续导热纤维阵列作为主要的垂直导热路径，最大限度地减少声子散射和界面热阻。同时，自组装石墨烯次级网络在导热纤维之间形成高质量连接，构建更致密的热传导网络，并提供额外导热通路。在23.3%填充量下，该环氧树脂复合材料的垂直导热系数达到262W/mK。作为热界面材料使用时，其冷却效率比商用标准材料提升68.2%。此外，该材料还具备优异的焦耳加热和界面粘附性能，适用于复杂环境下的热界面愈合和多功能热管理。研究成果以“Densifying Conduction Networks of Vertically Aligned Carbon Fiber Arrays with Secondary Graphene Networks for Highly Thermally Conductive Polymer Composites”为题发表于《Advanced Functional Materials》期刊。