靜電紡絲技術(shù)增強(qiáng)金剛石納米片/聚合物復(fù)合膜的熱導(dǎo)率

來源|ACS Applied Nano Materials

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背景介紹

隨著電子設(shè)備的逐步升級(jí)，電子元器件也發(fā)生了質(zhì)的飛躍。它們體積小型化，功能多樣化，功率越來越大，這必然會(huì)導(dǎo)致熱量集中，甚至縮短設(shè)備壽命，造成設(shè)備故障。聚合物具有輕質(zhì)、電絕緣、柔韌性等優(yōu)良性能，能夠滿足柔性電子新技術(shù)發(fā)展的需要。然而，聚合物的低固有熱導(dǎo)率限制了它們在電子領(lǐng)域的應(yīng)用為滿足散熱需求，通常在聚合物中加入填料，以增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱性。

傳統(tǒng)混合方法得到的復(fù)合材料不僅填料在聚合物中的分布無序，當(dāng)填料含量較低時(shí)不能形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，而且增加了聚合物基體與填料之間的界面熱阻。利用功能化填料降低填料/襯底界面處的熱阻是近年來的研究熱點(diǎn)，但該方法的實(shí)際應(yīng)用受到填料狀態(tài)和加工方法的影響。因此，尋找一種有效的方法來提高低填料負(fù)載下聚合物復(fù)合材料的熱導(dǎo)率仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。

靜電紡絲技術(shù)不僅操作簡單，而且對(duì)纖維的直徑、形態(tài)和性質(zhì)的控制效果好。但是，簡單的單軸靜電紡絲在構(gòu)建特定結(jié)構(gòu)方面存在局限性，并且難以在低分子量或無糾纏的聚合物溶液中形成纖維。然而，目前很少有研究通過不同噴嘴結(jié)構(gòu)的靜電紡絲來構(gòu)建獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，從而提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。靜電紡絲技術(shù)因其在構(gòu)建連續(xù)納米纖維方面的獨(dú)特優(yōu)勢而受到廣泛關(guān)注。

02

成果掠影

近期，桂林理工大學(xué)陸紹榮教授和中科院寧波材料與工程技術(shù)研究所虞錦洪研究員近期在開發(fā)高熱導(dǎo)率的熱管理材料取得新進(jìn)展。提出采用單軸靜電紡絲和同軸靜電紡絲的方法，制備了不同微觀形貌的單軸聚乙烯醇/納米金剛石片(U-PVA/ND)和同軸聚乙烯醇/納米金剛石片(C-PVA/ND)復(fù)合纖維薄膜。這兩種方法都不需要復(fù)雜的預(yù)處理程序和引入多余的添加劑。結(jié)果表明，ND含量為60 wt %的U-PVA/ND和C-PVA/ND復(fù)合纖維的導(dǎo)熱系數(shù)分別為71.3和85.3 W/(mK)，分別是純PVA纖維膜的171.2和205.1倍。此外，C-PVA/ND復(fù)合纖維膜的最高熱分解溫度和體積電阻率分別為364.3℃和2.29 × 1015Ω·cm，表明復(fù)合纖維膜具有良好的熱穩(wěn)定性和電絕緣性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為靜電紡絲技術(shù)制備高導(dǎo)熱復(fù)合材料提供了有力的證據(jù)。因此，導(dǎo)熱薄膜可以作為電子元件的外層，加速其散熱，延長其使用壽命。研究成果以“Enhanced Thermal Conductivity of Nanodiamond Nanosheets/Polymer Nanofiber Composite Films by Uniaxial and Coaxial Electrospinning: Implications for Thermal Management of Nanodevices”為題發(fā)表于《ACS Applied Nano Materials》。

03

圖文導(dǎo)讀

圖1.靜電紡絲復(fù)合纖維流程圖：(a)單軸靜電紡絲和(b)同軸靜電紡絲。

圖2.金剛石的微觀形貌和結(jié)構(gòu)表征。

圖3.不同ND含量條件下復(fù)合纖維的形貌。

圖4.復(fù)合薄膜的導(dǎo)熱性能。

END

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審核編輯黃宇