12月19日，上海交通大學(xué)江平開教授團(tuán)隊(duì)在國際著名材料期刊《Advanced Functional Materials》上發(fā)表文章《Cellulose Nanofiber Supported 3D Interconnected BN Nanosheets for Epoxy Nanocomposites with Ultrahigh Thermal Management Capability》，報(bào)道了團(tuán)隊(duì)利用超薄氮化硼納米片(BNNS)構(gòu)筑三維導(dǎo)熱氣凝膠結(jié)構(gòu)的方法，成功在低填充下實(shí)現(xiàn)聚合物絕緣材料導(dǎo)熱系數(shù)的高效增強(qiáng)的成果。該團(tuán)隊(duì)多年來致力于導(dǎo)熱絕緣材料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，這是2013年以來第二次在《Advanced Functional Materials》發(fā)表導(dǎo)熱絕緣領(lǐng)域的論文，這一成果也標(biāo)志著在標(biāo)志著其在導(dǎo)熱絕緣聚合物材料研究領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。
絕緣材料的重要性
絕緣材料是電力設(shè)備及電子器件不可或缺的基本組成部分，相當(dāng)程度上決定了電力設(shè)備及電子器件的技術(shù)水平。
當(dāng)前存在問題
當(dāng)前，電力設(shè)備與電子器件朝著集成化、高功率化等方向發(fā)展，其運(yùn)行、工作過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，若這些熱量不能被高效傳遞出去，會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備及器件的工作可靠性和使用壽命。聚合物在電力設(shè)備及電子器件中被廣泛用作絕緣材料，但大部分聚合物材料導(dǎo)熱系數(shù)低，嚴(yán)重制約了各種設(shè)備熱管理能力的提升。為解決這一問題，傳統(tǒng)的方式是通過在聚合物中添加大量無機(jī)導(dǎo)熱填料增強(qiáng)材料的導(dǎo)熱系數(shù)、提高熱管理能力。但這一方法在滿足提高熱管理能力的同時(shí)，會(huì)犧牲聚合物材料的絕緣性能、機(jī)械性能及加工性能。因此，在低填充下實(shí)現(xiàn)高效熱管理能力是導(dǎo)熱絕緣材料研究中的一大挑戰(zhàn)。
解決方法
江平開教授團(tuán)隊(duì)首先使用纖維素納米纖維作為支持模板，通過溶膠凝膠法與真空冷凍干燥技術(shù)制備三維互聯(lián)的氮化硼納米片氣凝膠，然后澆注環(huán)氧樹脂獲得得到納米復(fù)合絕緣材料。
研究結(jié)果
測(cè)試結(jié)果顯示，該材料在低氮化硼納米片含量(僅9.6 vol%)下，導(dǎo)熱系數(shù)相比普通環(huán)氧樹脂提高約14倍，是現(xiàn)有報(bào)道中聚合物絕緣材料導(dǎo)熱增強(qiáng)效率的新紀(jì)錄，而更重要的，這種材料同時(shí)保持了環(huán)氧樹脂的優(yōu)異絕緣性能，其體積電阻率達(dá)1015?·cm。使用紅外熱像儀觀察到該納米復(fù)合絕緣材料具有比常規(guī)納米復(fù)合材料快的多熱響應(yīng)速率，說明其在熱管理方面具有很好的應(yīng)用前景。
分析認(rèn)為，這種納米復(fù)合材料的優(yōu)異性能得益于多層氮化硼納米片本身的高導(dǎo)熱率（可達(dá)360Wm-1K-1）和高絕緣性。
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