高密度、小型化和集成化的快速發(fā)展對電子設(shè)備的熱管理材料帶來了新的挑戰(zhàn)。氮化硼納米片（BNNS）超高的面內(nèi)導(dǎo)熱率（理論大于2000 W/m·K）和優(yōu)異的電氣絕緣性能，已經(jīng)被廣泛用于熱管理材料的增強(qiáng)填料。然而，由于氮化硼的表面化學(xué)惰性和相鄰層間強(qiáng)烈的范德華力相互作用，BNNS的高效、可控剝離及表面功能化仍然是一個挑戰(zhàn)。
近日，昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院磷化工團(tuán)隊(duì)通過堿輔助水熱處理與高速剪切相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了2.54 nm厚度氮化硼納米片（BNNS）的規(guī)模化高產(chǎn)率（65%）剝離。同時(shí)，成功在氮化硼納米片引入羥基官能團(tuán)，使其適用于水性聚氨酯（WPU）中，制備了導(dǎo)熱柔性薄膜，在50 wt%的BNNS添加量下導(dǎo)熱率提高了30倍，達(dá)到了7.58 W/m·K的垂直方向?qū)崧省Ｔ摫∧け憩F(xiàn)出優(yōu)異熱穩(wěn)定性、拉伸強(qiáng)度和火安全性能，可被用作大功率LED的熱界面材料，對比商用硅脂表現(xiàn)出更好的熱管理能力。結(jié)合Comsol仿真導(dǎo)熱模擬和Foygel理論計(jì)算，重點(diǎn)研究了不同大小、厚度BNNS之間的界面熱阻，揭示了BNNS導(dǎo)熱增強(qiáng)的尺寸相關(guān)性。該研究為可控氮化硼納米片的剝離和高效熱管理復(fù)合材料的設(shè)計(jì)提供了新的方法和理論指導(dǎo)。
上述研究成果以“Rapid exfoliation and surface hydroxylation of high?quality boron nitride nanosheets enabling waterborne polyurethane with high thermal conductivity and flame retardancy”為題發(fā)表在期刊Advanced Composites and Hybrid Materials（IF：20.1）上，論文第一作者是團(tuán)隊(duì)2021級博士研究生姜豪。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（22268025）和云南省基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目（202201AT070115, 202101AU070012, 202201BE070001-031）的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s42114-023-00818-x
