近日，昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院磷化工團(tuán)隊與西北工業(yè)大學(xué)SFPC課題組合作，在高性能導(dǎo)熱、阻燃高分子材料研究方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Highly Thermally Conductive and Flame-Retardant Waterborne Polyurethane Composites with 3D BNNS Bridging Structures via Magnetic Field Assistance”為題在著名學(xué)術(shù)期刊Nano-Micro Letters（2023IF=31.6，1區(qū)Top期刊）發(fā)表。
現(xiàn)代精密電子元器件的快速發(fā)展對電子封裝材料的熱管理性能提出了新的挑戰(zhàn)。氮化硼納米片（BNNS）具有優(yōu)異的絕緣性能和面內(nèi)導(dǎo)熱性能，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于熱管理材料的增強填料。然而，BNNS的橫向熱導(dǎo)率較低，開發(fā)精確控制其在基材中排布微結(jié)構(gòu)的方法，優(yōu)化熱傳導(dǎo)通路的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計充分發(fā)揮BNNS導(dǎo)熱增強能力，對于滿足現(xiàn)代電子設(shè)備對高效散熱管理和熱失控安全需求至關(guān)重要。
基于此，本研究開發(fā)了一種具有三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合材料（Ho/U-BNNS/WPU），通過同時引入磁性改性氮化硼納米片（M@BNNS）和非磁性有機接枝氮化硼納米片（U-BNNS）至水性聚氨酯（WPU）中，并在水平磁場下同步成型得到復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，由M@BNNS沿磁場方向排列形成的連續(xù)面內(nèi)導(dǎo)熱通路，結(jié)合U-BNNS所構(gòu)建的橋接結(jié)構(gòu)，使Ho/U-BNNS/WPU復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的面內(nèi)（λ//）和面間（λ⊥）導(dǎo)熱性能。尤其是，當(dāng)M@BNNS和U-BNNS的添加量分別為30 wt%和5 wt%時，復(fù)合材料的λ//和λ⊥分別達(dá)到11.47 W/(m·K)和2.88 W/(m·K)，其中λ⊥較單一面內(nèi)取向復(fù)合材料提升了194.2%。同時，Ho/U-BNNS/WPU作為LED和芯片的熱界面材料展現(xiàn)出卓越的熱管理能力。此外，該復(fù)合材料還表現(xiàn)出優(yōu)異的阻燃性能，其熱釋放速率峰值和總熱釋放量相較于純WPU分別降低了58.9%和36.9%。因此，本研究為高分子復(fù)合材料的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)構(gòu)筑及高效阻燃體系設(shè)計提供了新思路，在電子封裝領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
論文第一作者為磷化工團(tuán)隊姜豪博士，通訊作者為磷化工團(tuán)隊謝德龍教授和西北工業(yè)大學(xué)顧軍渭教授。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（22268025）和云南省重點研發(fā)計劃項目（202403AP140036）和云南省基礎(chǔ)研究計劃項目（202201AT070115, 202201BE070001-031）等基金，以及云南省磷化工節(jié)能與新材料重點實驗室和云南省環(huán)境友好高分子國際聯(lián)合實驗室等平臺的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s40820-025-01651-1
