来源 | Small

链接 | https://doi.org/10.1002/smll.202505376

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背景介绍

聚合物由于其电绝缘性、高场击穿强度、柔性、轻质性质、化学稳定性和成本效益而广泛用于电子系统、可穿戴设备和软机器人。其中，PE因其环境友好性、易于加工和适应不同包装设计而脱颖而出。然而，其无序的分子链网络和无规取向的纳米晶不可避免地导致低热导率（0.3 W/m·K），这会损害散热并降低电子设备的效率。因此，提高聚合物的导热性已成为电子热管理的关键目标。

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成果掠影

近日，武汉大学刘抗团队提出了一种可规模化制备 3D 导热聚乙烯（PE）薄膜的策略，通过对取向 PE 纤维编织物进行热压，保留纤维中分子链的高取向性，实现了 3D 导热结构的调控。该PE薄膜在三个维度的导热系数分别为12、5、0.25 W/m·K，厚度可达700 微米，远超超薄薄膜的实用性。将PE薄膜应用于模拟智能手机芯片上，（58 × 114 mm）作为均热板，该薄膜可将工作温度从99.3 ° C降至74.7 °C。所得的宏观PE膜还具有优异的力学性能和电磁波透射率，与传统的金属热管理材料相比具有明显的优势。该PE薄膜具有高导热性和可扩展的生产能力，展现出在热管理领域的应用潜力，且兼具电绝缘、柔性、轻质等优势。研究成果以“Scalable 3D Thermal Conductivity Architecture of Polyethylene Film via Hot Pressing of Oriented Fibers”为题发表《Small》上。

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图文导读

图1.导热PE薄膜的可扩展制备。a）导热PE薄膜的卷对卷制造示意图。插图显示了PE纤维的高度取向结构和PE薄膜内部的纤维引导热传输。B）由具有不同编织图案的织物制造的PE薄膜。c，d）大尺寸织物（c）和热压PE薄膜（d）的光学图像。

图2.热压聚乙烯薄膜的热性能和机械性能。a）不同直径聚乙烯纤维的导热系数。B）热压温度，压力，将PE膜样品切成长10 mm、宽0.5 mm的带状，进行T型法测定。颗粒压实、阵列压实和织物压实的PE膜的热导率。d）具有不同经纬比的APE膜的热导率。e、f）PPE、APE和FPE膜的拉伸强度和杨氏模量。

图3.高热导率的机制。a）偏振拉曼显微镜的示意图。B）峰1130 cm-1的相对拉曼强度与角度之间的关系