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1. 本征高導(dǎo)熱高分子的設(shè)計合成的研究

2. 新型異質(zhì)結(jié)構(gòu)填料的優(yōu)化制備的研究

3. 導(dǎo)熱填料的表面功能化改性的研究

4. 導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的制備調(diào)控的研究

5. 導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的熱模型構(gòu)建和導(dǎo)熱機(jī)理的研究

1. 本征高導(dǎo)熱高分子的設(shè)計合成的研究

在早期階段，SFPC課題組通過溶液澆鑄和熱壓制備了導(dǎo)熱聚乙烯醇（PDLC）膜，其固有的微觀有序結(jié)構(gòu)高達(dá)1.41 W / mK（J Mater Sci Technol，2021，82：250）;通過硫醇-環(huán)氧親核開環(huán)反應(yīng)和涂膜工藝制備側(cè)鏈型本征高導(dǎo)熱自修復(fù)側(cè)鏈型液晶環(huán)氧膜（LCEF），實現(xiàn)其高導(dǎo)熱（λ⊥=0.33 W/mK，λ∥=1.52 W/mK）與自修復(fù)的協(xié)同效應(yīng); 從多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計開始，通過環(huán)氧單體，固化劑的分子設(shè)計引入了有序結(jié)構(gòu)，并通過優(yōu)化交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來制備基于聯(lián)苯液晶元的主鏈型本征高導(dǎo)熱性環(huán)氧樹脂（LCER，λ為0.51 W / mK，約為通用環(huán)氧樹脂的3倍），突破了固有的導(dǎo)熱聚合物基質(zhì)制備和合成困難以及本體λ低的技術(shù)瓶頸問題。同時，公開了相關(guān)國家的1項發(fā)明專利，并申請了1項美國發(fā)明專利。

圖1 側(cè)鏈型本征高導(dǎo)熱自修復(fù)側(cè)鏈型液晶環(huán)氧膜（LCEF）示意圖

2. 新型異質(zhì)結(jié)構(gòu)填料的優(yōu)化制備的研究

SFPC課題組成功制備了MWCNT-Fe3O4 @ Ag，Ag / rGO，f-MWCNTs-g-rGO，SiC-BNNS，BNNS @ SiCnws、BNN-30 @ BNNS和其他新型異質(zhì)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱填料，利用導(dǎo)熱填料各自的結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征，更容易重疊以形成更多的導(dǎo)熱路徑，并有效避免引入更多界面熱障和導(dǎo)熱填料本身發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，實現(xiàn)比單一或簡單的混合導(dǎo)熱填料更好的λ提升效果。

圖2 BNN-30@BNNS異質(zhì)結(jié)構(gòu)填料/玻璃纖維布/環(huán)氧樹脂層壓導(dǎo)熱復(fù)合材料制備及性能

3. 導(dǎo)熱填料的表面功能化改性的研究

鑒于導(dǎo)熱填料和樹脂基體之間的聲子振動頻率不匹配（通常被認(rèn)為是界面熱障），SFPC課題組在早期采用界面分子設(shè)計并在BNNS（Appl Mater Inter, 2020, 12: 1677；圖3）、石墨烯（J Mater Chem C, 2018, 6: 3004；入選2018年“中國百篇最具影響國際學(xué)術(shù)論文”）和GNPs（Compos Sci Technol, 2017, 139: 83；Int J Heat Mass Tran, 2016, 92: 15）等導(dǎo)熱填料表面引入特定的聚合物層，可有效改善導(dǎo)熱填料與聚合物基體之間的界面相容性，并顯著降低了界面的熱障。這解決了導(dǎo)熱填料處的熱障導(dǎo)致復(fù)合材料導(dǎo)熱性差的關(guān)鍵問題。

圖2 BNN-30@BNNS異質(zhì)結(jié)構(gòu)填料/玻璃纖維布/環(huán)氧樹脂層壓導(dǎo)熱復(fù)合材料制備及性能

4. 導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的制備調(diào)控的研究

SFPC課題組在早期階段通過填充一種導(dǎo)熱填料有效地改善了導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱性。用BN填充改性體自修復(fù)環(huán)氧基質(zhì)，以實現(xiàn)環(huán)氧樹脂高導(dǎo)熱率，本征自修復(fù)和可再加工的協(xié)同作用。使用不同類型和形狀的混合導(dǎo)熱填料可實現(xiàn)“導(dǎo)熱路徑”的高效協(xié)同構(gòu)建，并有效提高聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱率。設(shè)計并開發(fā)了“靜電紡絲-高溫模壓”技術(shù)，以制備導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料，以進(jìn)一步提高導(dǎo)熱填料在聚合物基體中的均勻分散，并實現(xiàn)導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料中的“導(dǎo)熱路徑”。更少的導(dǎo)熱填料高效率的成型解決了技術(shù)瓶頸問題，即傳統(tǒng)的加工方法無法兼顧導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料的高導(dǎo)熱性和出色的力學(xué)性能。

圖4 兩種GNPs/PS導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備示意圖

5. 導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的熱模型構(gòu)建和導(dǎo)熱機(jī)理的研究

SFPC課題組基于有效介質(zhì)理論（EMT）和熱量守恒，并綜合考慮了許多影響因素（導(dǎo)熱填料的厚度，幾何因子，取向分布和體積分?jǐn)?shù)；導(dǎo)熱填料與聚合物之間的熱障及界面層的厚度，導(dǎo)熱填料和聚合物基體本體的導(dǎo)熱系數(shù)），建立了一個導(dǎo)熱模型和方程，更適合于具有分層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料。通過研究“聲子散射-界面熱障-導(dǎo)熱性能”之間的對應(yīng)關(guān)系，優(yōu)化了Hashin-Shtrikman模型以獲得界面熱障參數(shù)，從微觀角度揭示了導(dǎo)熱填料的表面功能化改性以及取向分布有效提高聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的內(nèi)在原因，闡明了其導(dǎo)熱機(jī)理。最近，SFPC課題組將氧化石墨烯（GO）胺化（NH2-GO）和還原（NH2-rGO），然后制備NH2-rGO /聚酰亞胺（NH2-rGO / PI）導(dǎo)熱復(fù)合膜。利用拉曼光譜法對NH2-rGO / PI導(dǎo)熱復(fù)合膜界面的聲子散射和ITR進(jìn)行了創(chuàng)新表征，揭示了界面導(dǎo)熱機(jī)理，證明了胺化作用優(yōu)化了NH2-rGO / PI的界面，減少了聲子散射和 ITR，并最終改善了界面的導(dǎo)熱性。