随着5G技术及先进高功率电子设备的快速发展，对具备优异热传导性能的热界面材料（TIMs）的需求日益迫切，以实现高效散热与可靠的热管理。然而，现有热界面材料在追求高热导率的同时难以兼顾优良的粘弹性，二者之间存在固有矛盾，导致其在实际应用中的界面热传递效率仍不理想。

  2026年1月10日，东北林业大学王成毓教授、杨海月教授团队在Advanced Composites and Hybrid Materials上发表了题为“Biomimetic, viscoelastic and interface adaptive thermally conductive composites via lignin-induced supramolecular self-assembly for advanced thermal management”的研究成果。

  这种新型仿生热界面材料（AL-VTCP）破解了导热与粘弹性无法兼得的行业难题。它借鉴木材的超分子结构，利用碱木质素诱导自组装，在复合材料内部构建出高效导热网络，同时大幅提升材料粘弹性。其导热率提升18.8%，接触热阻降低71.9%，兼具极低模量与优异界面贴合性。应用于5G芯片散热时，能使CPU在高负载下额外降温约13℃，为先进电子设备的可靠热管理提供了创新解决方案。

  灵感源自木材的卓越力学性能，其根源在于木质素通过氢键等超分子作用力扮演“天然粘合剂”。我们模仿这一原理，以纤维素纳米纤维（CNF）稳定包裹石蜡，形成相变乳液，再引入氮化硼纳米片（BNNS）提升导热。关键创新在于加入了碱木质素（AL），它像分子“桥梁”一样，通过超分子作用力将各组分紧密“编织”在一起，从而显著改善了复合材料的粘弹性和结构完整性（图1）。

图1 AL-VTCP复合材料的制备与灵感来源

  扫描电镜图像清晰显示，在木质素的调控下，BNNS在复合材料中分布均匀，无团聚。红外光谱中羟基峰的移动和X射线衍射峰强的变化，直接证明了木质素的加入增强了氢键作用，并插入了BNNS层间。分子动力学模拟更直观地揭示，木质素分子能主动迁移并促进CNF与BNNS的自组装聚集，从理论上验证了其“桥梁”机理（图2）。

图2 AL-VTCP复合材料的结构表征

  流变测试表明，添加木质素后，材料粘弹性显著提升，呈现出更优异的凝胶行为，且更容易变形。这种增强的柔韧性使其能紧密贴合粗糙表面，有效填充缝隙。对比数据显示，AL-VTCP拥有极低的压缩模量（170 kPa）和接触热阻（20.0 mm2 K W?1），远超多数报道的热界面材料，完美解决了高导热与软贴合之间的固有矛盾（图3）。

图3 AL-VTCP复合材料的力学性能

  随着BNNS含量增加，AL-VTCP的导热性能持续提升，在40%填充量时达3.278 W m?1 K?1，较未加木质素的样品提升18.8%。有限元模拟直观显示，木质素的“桥梁”作用优化了热量传递路径。材料还表现出良好的热循环稳定性，其相变吸热特性能在温度骤升时提供缓冲，有效缓解电子器件的热冲击（图4）。

图4 AL-VTCP复合材料的热导率

  基于标准测试方法，AL-VTCP展现出极低的界面接触热阻，且在压力增加、温度升高（触发相变）时进一步降低。这得益于其卓越的粘弹性和界面贴合能力。综合对比显示，AL-VTCP成功打破了传统导热垫（高导热但高接触热阻）与导热硅脂（低接触热阻但导热一般）的性能局限，实现了高导热与低界面阻的兼得（图5）。

图5 AL-VTCP复合材料的接触热阻

  在模拟芯片散热的实验中，AL-VTCP表现出压倒性的性能优势：在相同功率下，其稳定温度比商用高端导热垫低约15℃，系统等效散热系数提升41.5%。计算流体动力学模拟也证实，使用AL-VTCP的系统温度分布更均匀、峰值更低。冷热冲击循环证明，材料性能稳定，展现出极高的可靠性（图6）。

图6 AL-VTCP复合材料的散热性能

  在实际电脑CPU上进行满负载测试，使用AL-VTCP后，CPU核心温度最高可降低27.2°C，效果远超对比材料。红外热像图显示，其对应的散热片温度更高，证明热量被更有效地从芯片导出。在多次循环的负载测试中，CPU温度波动小，证明了AL-VTCP在长期真实工况下的出色稳定性和散热效能（图7）。

图7 AL-VTCP复合材料在CPU上的实际应用

  从原料到成品的生命周期评估表明，AL-VTCP及其前驱体VTCP在多项环境指标（如全球变暖潜力、人体毒性潜力等）上均显著低于传统以PDMS为基的商用导热产品，展现出优异的环保特性。这主要归功于其以生物质（木质素、纤维素）和水为基础的材料设计，为发展高性能且可持续的电子散热材料提供了新范式（图8）。

图8 AL-VTCP复合材料的环境影响

  东北林业大学博士研究生乔磊与周加左为本文的共同第一作者，东北林业大学王成毓教授和杨海月教授为共同通讯作者。

课题组简介

  王成毓：教授，博士生导师，国家高层次人才，黑龙江省木材仿生功能化技术创新中心主任。国家优秀青年科学基金获得者、教育部新世纪优秀人才、龙江学者特聘教授、黑龙江头雁计划骨干成员、黑龙江省杰出青年科学基金获得者、黑龙江省优秀科技工作者，享受黑龙江省政府特殊津贴。获得国家科学技术进步奖二等奖、黑龙江省自然科学奖一等奖、教育部自然科学奖二等奖、林业青年科技奖、霍英东青年教师奖、梁希青年论文奖。发表SCI论文200余篇，获授权发明专利30余件，在科学出版社出版著作5部。任中国林学会木材科学分会委员、中国林学会青年工作委员会委员、黑龙江省仿生与生物制造学会副秘书长、金湾新材料研究院高级技术顾问。

  杨海月：教授，博士生导师，国家级青年人才。研究聚焦于仿生智能木材、相变储能材料、热管理材料等。主持国家自然科学基金青年项目、中国博士后特别资助、中国博士后面上项目、黑龙江省自然科学基金优秀青年项目等10余项，在Advanced Materials, Carbon Energy,Advanced Functional Materials 等期刊发表论文60余篇，担任Carbon Neutralization 期刊青年编委。

  原文信息

  Qiao, L., Zhou, J., Wang, F. et al. Biomimetic, viscoelastic and interface adaptive thermally conductive composites via lignin-induced supramolecular self-assembly for advanced thermal management. Adv Compos Hybrid Mater (2026).

  https://doi.org/10.1007/s42114-025-01589-3