华南理工郭建华教授团队 Compos. Part B：具有三维取向结构的高导热强电磁屏蔽无泄漏的柔性相变导热材料

2024-12-05 来源：高分子科技

相变导热材料由于具有高效散热和温度调控能力而逐渐被广泛关注。然而，其实际应用还存在一些问题，包括导热系数偏低，缺乏电磁防护性能、柔性较差和容易泄漏。因此，开发具有超高导热系数、强电磁屏蔽和无相变泄漏的柔性相变导热材料非常重要。

近期，华南理工大学郭建华教授和蒋兴华研究员团队采用化学接枝法合成了聚乙二醇-改性聚硅氧烷（pPDMS），作为柔性相变导热材料的基材。此外，制备了一种银纳米颗粒修饰的膨胀石墨（Ag-EG），实现了零维，二维以及三维填料的组合，并将其与pPDMS基材均匀共混，通过热压作用使膨胀石墨压实并取向，制备得到Ag-EG@pPDMS复合材料（图1）。扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）照片显示，Ag-EG在材料内部形成了三维取向结构，银纳米粒子位于膨胀石墨的表面和片层之间，构建了水平和垂直方向上的多重导热通路（图2）。因此，Ag-EG@pPDMS在平面和垂直方向上都具有高导热系数，分别为23.4和 8.1 W·m^?1·K^?1。为进一步研究三维取向结构对材料导热性能的影响，团队根据有效介质理论（EMT）和Foygel热传导模型，通过有限元模拟证明三维取向结构能够显著提高材料的导热性能（图3）。此外，Ag-EG@pPDMS具有优异的相变循环稳定性，在经过300次相变循环后，相变热焓保持率为99.6%，且在温度和压力作用下无相变材料泄漏（图4）。Ag-EG@pPDMS还具有出色的电磁屏蔽性能，当样品厚度为2.0 mm时，电磁屏蔽效能（EMI SE）达到73.2 dB；而当厚度仅为0.5 mm时，EMI SE也能达到52 dB（图5）。通过电脑CPU、无线蓝牙耳机等设备对Ag-EG@pPDMS进行热管理和电磁防护的应用考核，结果表明复合材料在热管理和电磁防护领域具有良好的应用前景（图6）。Ag-EG@pPDMS复合材料优异的综合性能使其可用于消费电子、5G通讯和新能源汽车等领域。