65%wt氮化硼導(dǎo)熱粉體與橡膠復(fù)合，導(dǎo)熱率高達(dá)11W/（m·K）

近日，東京大學(xué)和產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（產(chǎn)綜研）聯(lián)合宣布，他們將65%wt氮化硼（BN）導(dǎo)熱粉體/導(dǎo)熱填料/導(dǎo)熱劑與環(huán)狀高分子聚輪烷（PR）復(fù)合而成的片材，其導(dǎo)熱性能達(dá)到了驚人的11W/（m·K）。

PR是一種由聚乙二醇直鏈高分子與環(huán)糊精環(huán)狀分子構(gòu)成的“超分子”橡膠，其獨(dú)特的交聯(lián)結(jié)構(gòu)賦予其高延展性和抗撕裂性。研究團(tuán)隊(duì)通過水中等離子體處理，在PR表面引入羥基等官能團(tuán)，實(shí)現(xiàn)了填料的均勻分散。六方氮化硼（BN）作為高導(dǎo)熱電氣絕緣導(dǎo)熱粉體/導(dǎo)熱填料/導(dǎo)熱劑，其板狀單晶結(jié)構(gòu)在特定方向上展現(xiàn)卓越導(dǎo)熱性，在20℃時具有392W/（m·K）的高熱導(dǎo)率。為最大化導(dǎo)熱效率，需確保BN板面在橡膠中定向排列。

然而，當(dāng)將表面改性后的氮化硼導(dǎo)熱粉體/導(dǎo)熱填料/導(dǎo)熱劑在高分子材料中進(jìn)行定向時，傳統(tǒng)的“正弦波交流電場”由于電場強(qiáng)度不足和長時間施加時產(chǎn)生的介電加熱會促進(jìn)溶液的凝膠化，導(dǎo)致無法充分定向。本研究創(chuàng)新采用脈沖交流電場，并改進(jìn)了電極配置，將電場強(qiáng)度提高到傳統(tǒng)方法的50倍，有效抑制凝膠化，成功在65%wt高濃度下實(shí)現(xiàn)BN定向。結(jié)果顯示，該復(fù)合片材在厚度方向上導(dǎo)熱率高達(dá)11W/（m·K），媲美金屬，同時保持橡膠級低楊氏模量（58MPa）和優(yōu)異電氣絕緣性（體積電阻率1.9×1011Ω·cm），為多個領(lǐng)域提供了高效導(dǎo)熱絕緣解決方案。

詳細(xì)內(nèi)容刊登在《Composites Part A: Applied Science and Manufacturing》上。