貴州大學在納米纖維基導熱複合材料研究取得重要進展

2020-08-10 小材科研

（1）高能量密度分布下的元器件在頻繁的使用過程中會積累大量熱能，對使用壽命與性能造成嚴重威脅。柔性、輕質、熱絕緣的高導熱複合材料成為了輔助器件快速散熱並解決高能量密度分布下的元器件在頻繁的使用過程中會積累大量熱能，對使用壽命與性能造成嚴重威脅。柔性、輕質、熱絕緣的高導熱複合材料成為了輔助器件快速散熱並解決熱積累問題的關鍵，同時也是現階段備受關注的研究熱點。然而，往往因為填料之間過高的界面熱阻成為了提高複合材料有效導熱性能的難點。

圖1-碳化矽/二硫化鉬納米雜化材料結構設計與製備過程

近日，貴州大學材料與冶金學院謝蘭教授帶領的高分子合成與構造課題組在國際TOP期刊《Journal of Materials Chemistry A》(影響因子：10.73)上發表重要成果「From Tanghulu-like to Cattail-like SiC Nanowire Archiectures: Interfacial Design of Nanocellulose Composites toward Highly Thermal Conductivity」（doi.org/10.1039/D0TA04674D）。青年教師薛白博士為第一作者，碩士研究生楊勝都為論文共同一作，通訊作者謝蘭教授。

圖 2-複合材料導熱性能表徵分析

圖3-複合材料水平方向散熱表現與可能的導熱路徑分析

該項工作通過合成碳化矽-二硫化鉬納米雜化材料利用真空輔助技術製備多層結構的納米纖維素導熱複合材料，旨在通過高導熱納米材料界面結構設計降低填料之間界面熱阻增強複合材料導熱性能。獲得的CNF/H-SiCNW-MoS2在22.5vol%的填料添加量下導熱係數達到19.74W/mK。此外，H-SiCNW-MoS2相互之間的界面熱阻相比於 SiCNW降低1個數量級。

（2）圍繞著微電子科技領域獲得的突破性進展，民用電子設備對功能設計的豐富性與電子裝備外觀的多樣化需求日益增加，造成集成單元模塊與元器件設計的工作頻率與能量密度大幅度提升，其產生的熱量積累導致電子產品使用可靠性受到了嚴重的威脅。為了滿足工業領域對集成器件的散熱需求，研發具有良好柔性、輕質、低成本高導熱複合材料作為熱界面材料解決散熱問題成了現階段備受關注的研究熱點和難點。

近期，該課題組課題組在柔性熱界面材料研究方面取得重要進展，開發了一種可靠有效的方法將AgNP原位修飾在rGO 納米片上，使用簡便的 LBL 自組裝方式以TEMPO 氧化法獲得的原纖化納米纖維作為基體製備具有多層結構的柔性熱界面複合材料，柔性膜材料水平方向熱導率增強效率達到 1095%。以題為「Controllable Ag-rGO heterostructure for highly thermal conductivity in layer-by-layer nanocellulose hybrid films」 的 相 關 學 術 成 果 發 表 在 化 學 工 程 領 域 權 威 期 刊 《 Chemical Engineering Journal》（DOI:10.1016/j.cej.2019.123072）上。

圖 1 原纖化納米纖維素柔性熱界面材料設計與製備路線。

圖 2 Ag-rGO 柔性熱界面材料水平與垂直方向導熱性能分析。

以上論文的第一作者為貴州大學材料與冶金學院 2017 級研究生楊勝都，指導教師為謝蘭教授與薛白博士。 研究工作得到國家複合改性聚合物材料工程中心秦舒浩研究員和浙江大學鄭強教授的支持和幫助。該研究工作得到國家自然科學基金（編號：51763003 和 21604016），貴州省優秀青年科技人才項目（20195665），貴州省拔尖人才項目（編號：20170439178），貴州省研究生創新項目（編號：YJSCXJH(2019) 001）的支持。

來源：貴州大學、新材料資訊

文獻連結：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ta/d0ta04674d#!divAbstract

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894719324842

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