一种用于热管理的BNNT-PAA复合材料

来源 | Composites Science and Technology

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背景介绍

现代电子设备已经变得小型化和精密化，从而增加了它们在运行过程中产生的热量。产生的热量的高效散热促进了聚合物基热管理材料的发展。聚合物由于其轻质、易加工、经济、高弹性和电绝缘性能而成为热管理材料的主导应用。然而，聚合物表现出较低的固有热导率，这严重阻碍了它们在电子热管理中的应用，并且在单独使用时无法提供理想的性能。通过在聚合物基体中均匀分布加入各种类型和尺寸的导热填料，可以显著提高聚合物材料的导热性。然而，高含量加载(> 87%)会导致聚合物复合材料的加工性能受到严重阻碍，并通过增加聚合物复合材料的刚度和变形能力而导致机械性能恶化。因此开发出具有优异热管理性能的导热复合材料是非常重要的。

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成果掠影

近日，韩国Jaewoo Kim团队针对开发具有优异热管理性能的复合材料取得最新进展。由于氮化硼纳米管(BNNT)的固有特性，将其同化到复合材料中显示出巨大的热性能增强潜力。然而，BNNT的范德华力和疏水性导致其与聚合物基体的界面不相容，极大地阻碍了其实际应用。这引发了分散困境和BNNT在聚合物基体中的后续团聚，这极大地阻碍了聚合物复合材料的热性能。在这方面，我们在这里提出了一个简单的BNNT修改策略;通过温和的超声过程在BNNT表面沉积PAA。在环氧树脂中加入BNNT-PAA作为共填料，同时加入Al₂O₃作为主填料。添加1 wt%的BNNT- PAA可使环氧复合材料的拉伸应变提高33.1%，拉伸应力提高175.8%，而垂直方向的导热系数提高高达62.3%，这可能是由于在氧化铝颗粒之间构建了BNNT导热通道。研究成果以“Synergistic effect on dispersion, thermal conductivity and mechanical performance of pyrene modified boron nitride nanotubes with Al₂O₃/epoxy composites”为题发表在《Composites Science and Technology》。

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图文导读

图1. (a) PAA在BNNT上的沉积示意图。(b)在改造过程中显示BNNT不同阶段外观的照片;BNNT粉末(左)，BNNT在PAA水溶液中分散，尖端超声(中)和烘箱干燥后（右）。

图2.复合材料的微观结构。

图3.(a) BNNT-PAA/Al2O3存在下填充体系的制备示意图，(b)纯Al2O3， (c) BNNT/Al2O3和BNNT- PAA/Al2O3。

图4.复合材料的热流密度测试。

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