一種兼具兼具高機械強度、高導(dǎo)熱性以及自熄特性的球形氧化鋁復(fù)合材料

制備兼具高機械強度、高導(dǎo)熱性以及自熄特性的聚合物復(fù)合材料，一直是工業(yè)界與學(xué)術(shù)界亟待解決的一大難題。為實現(xiàn)聚合物復(fù)合材料的高導(dǎo)熱性，通常需加入高含量的導(dǎo)熱粉體，但這往往導(dǎo)致材料的機械性能、柔韌性和加工性大幅下降。此外，導(dǎo)熱粉體作為填料在制備導(dǎo)熱復(fù)合材料時還會引發(fā)一系列問題。例如，由于填料和聚合物基體之間相容性差，接觸熱阻高，導(dǎo)致復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)往往低于理論預(yù)測。再者，填料分布的不連續(xù)性會進一步增大界面熱阻，而填料與聚合物間較弱的界面結(jié)合力還會引發(fā)嚴(yán)重的聲子散射現(xiàn)象。為應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，研究人員積極探尋各種解決方案。

近日，同濟大學(xué)邱軍教授、中國藥科大學(xué)周湘副教授、南開大學(xué)Zhao Weiqiang團隊針對高導(dǎo)熱復(fù)合材料機械強度不足、生產(chǎn)成本大、界面熱阻高和易燃性的挑戰(zhàn)取得最新進展。研究團隊受蒼耳“多刺種子-樹皮”3D結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，使用乙二胺亞甲基膦酸銅作為“多刺”，并將功能化球形氧化鋁作為“種子”填料，開發(fā)出澆注聚氨酯（PUC）復(fù)合材料。這種獨特的多刺結(jié)構(gòu)不僅能夠有效防止有機磷酸酯的自聚合，賦予聚合物自熄性能，還能通過“種子”與基質(zhì)的連接增強復(fù)合材料的機械強度和導(dǎo)熱性。同時，樹皮狀結(jié)構(gòu)促使功能顆粒實現(xiàn)有效互連，優(yōu)化了復(fù)合材料內(nèi)部的協(xié)同作用。表面積的增大降低了界面熱阻，從而顯著提升了導(dǎo)熱性能。所制備的PUC復(fù)合材料展現(xiàn)出卓越的性能，抗拉強度達到15.9 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)高達2.51 W·m?1·K?1，為高功率CPU提供了持續(xù)高效的散熱解決方案。這些復(fù)合材料還具有低密度、廣泛的可獲取性和環(huán)境友好性，是符合全球發(fā)展戰(zhàn)略的可持續(xù)電子和新能源應(yīng)用領(lǐng)域極具潛力的候選材料。相關(guān)研究成果已以“Cocklebur-Inspired Robust Non-flammable Polymer Thermo Conductor for CPU Cooling”為題，發(fā)表于《Small》期刊。