环氧树脂的低热导率限制了其在热管理领域的应用。在聚合物中引入液晶单元可提升其热导率。然而，交联体系中分子链运动能力受限，加之液晶单元间较弱的π-π相互作用以及较大的分子链层间距，导致严重的声子散射，难以实现热导率的显著提升（面外热导率<0.4 W·m^-1·K^-1）。为此，他们采用芳环诱导-趋近策略，将萘环键合到树脂交联网络中。该方法利用萘环与液晶之间的π-π相互作用，缩小分子链间的层间距，从而进一步提高热导率。萘环的引入还能减少沿分子链方向的声子散射。同时，引入动态酯键以改善降解性能。所制得的树脂具有高本征热导率（面内热导率1.05 W·m^-1·K^-1，面外热导率0.45 W·m^-1·K^-1）、高玻璃化转变温度（Tg > 220 °C）、优异的热稳定性（T₅% = 342.7 °C）以及良好的水降解性能。分子动力学模拟证实，嵌入萘环可同时减小层间距并降低声子散射。该工作为开发兼具本征高热导率与可降解性的环氧树脂提供了一种新策略。

  基于上述研究思路，他们进一步探索了该策略的普适性与调控机制。通过调节芳香环在交联网络中的接枝与分布方式，可有效优化分子链堆积行为与界面热输运通道。结果表明，适度的萘环引入不仅增强液晶单元间的协同堆叠效应，还能诱导形成更有序的局部结构，抑制高频声子散射。同时，动态酯键的可逆交换赋予了树脂温和条件下的降解回收能力，为电子封装与高功率器件热管理提供了兼具高效散热与绿色循环潜力的材料解决方案。

  2026年4月21日，该研究成果以“Induction-Proximity Strategy of Aromatic Ring-Embedded Cross-linked Networks to Prepare Intrinsically High Thermal Conductivity Epoxy”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。论文第一作者为天津大学化工学院博士研究生宁俊淇，通讯作者为天津大学化工学院汪怀远教授。

1.树脂设计策略

图1. 本征导热树脂NBEP的设计概念

  传统的提高热导率策略通常涉及引入刚性环或设计刚性分子链。然而，由于环氧树脂分子链的无定形结构，会产生严重的声子散射，导致热导率提升有限。此外，虽然液晶联苯结构可以形成有序排列，但分子链间较大的层间距不利于热传递，且交联点处的非晶区域也会导致声子散射。针对上述挑战，他们提出了一种基于分子网络设计的芳环诱导-趋近策略。这种拓扑交联网络对热导率具有多重协同贡献。第一，沿分子链方向，芳环的引入在液晶环氧基团之间构建了连续的热传输通道。与普通脂肪环相比，这减少了声子散射。第二，在分子链之间，嵌入的芳环促进了液晶中联苯结构之间的π-π相互作用，缩小了分子间距，从而增强了热导率。此外，与直接添加含芳环的小分子相比，这种嵌入式的交联方法所得到的结构更加有序和稳定，避免了小分子随机分布所带来的链间接近效果差、力学性能下降等缺点。第三，联苯基液晶环氧与芳环协同作用，调控晶域的有序性，增大晶域尺寸并优化晶域间距，从而进一步提高热导率。

2.环氧树脂NBEP的表征

图2. (a) NTCDA、BE、CHDM 和 NBEP 的红外光谱图。(b) 用于合成 NBEP 的小分子单体混合物的 DSC 曲线。(c) NEP、BEP 和 NBEP 的 DSC 曲线。(d) NEP、BEP 和 NBEP 的 DMA 曲线和 (e) 损耗角正切曲线。(f) NEP、BEP、NBEP-N 和 NBEP 的固态紫外-可见光谱图及 (g) 偏光显微镜图像。(h) NEP、BEP 和 NBEP 的 XRD 谱图。

3.NBEP的热导率测试和分子模拟研究

图3. (a) 不同样品的穿透平面热导率和面内热导率。(b) NBEP-N 和 NBEP 的热导率。(c) NBEP、BBEP 和 CBEP 的热导率。(d) 不同样品的小角X射线散射曲线。(e) 不同样品的二维小角X射线散射图像。(f-g) BEP 和 NBEP 的自由体积分数计算。(h) NTCDA 和 BE 的最高占据分子轨道-最低未占分子轨道计算。(i) 三种分子链构型的密度泛函理论计算。(j) 三种分子链构型的层间距数据及 (k) 相互作用能。

4.复合材料的散热性能测试和应用示范

图4. (a) 不同树脂的电导率。(b) 不同填料含量下 NBEP 的热导率。(c) NEP、BEP、NBEP 和 NBEP-BN 的介电常数。(d) E51、NBEP-N、NBEP 和 NBEP-BN 的器件散热示意图及红外热成像图。(e) 各样品的温度统计曲线。(f) 软包电池表面温度的统计数据。(g) 材料表面温度的统计数据。(h) 不同树脂样品的拉伸强度。(i) 不同树脂样品的热重分析曲线。(j) NBEP 在不同溶剂中的抗溶胀测试。

  他们将制备的树脂及复合材料应用于电子器件和电池散热领域。结果表明：相比商用E51树脂，本征导热强化后的材料具备更高的散热效率，且随着填料的加入，散热性能进一步提升。此外，该树脂综合性能优异：一是具备良好的力学强度，保障结构完整性；二是热稳定性良好，适应高温工作环境；三是耐溶剂特性突出，提升了环境适应性。

5.树脂NBEP的降解和填料的升级回收

图5. (a) NBEP降解示意图。(b) NBEP的降解动力学曲线。(c) NBEP的降解热力学曲线。(d-g) 降解产物的液相色谱-质谱分析。(h) BN和rBN的红外光谱图。(i) BN和rBN的XRD谱图。(j) rBN的透射电镜图像。(k) NBEP-BN和NBEP-rBN的热导率。

  通过动态酯键赋能聚合物材料NBEP良好的水降解特性，在温和的水热条件下，动态酯键能够发生可逆断裂，使交联网络结构逐步解离为可溶性小分子产物，从而实现树脂基体的高效降解。这一特性不仅避免了传统热固性树脂难以回收的环境问题，更为复合材料中高附加值填料（如氮化硼等导热填料）的绿色回收提供了可行路径。树脂降解后，填料得以完整分离并实现升级回收，可重新用于制备高性能复合材料，显著降低资源浪费与环境污染。该设计理念契合当前绿色、低碳、循环经济的发展战略。

小结：

  本研究采用一种新型的芳环嵌入诱导-趋近策略，制备了本征高热导率环氧树脂。通过萘环与液晶之间的π-π相互作用，缩小了分子链的层间距，促进了液晶单元的有序排列。芳环的嵌入还提高了聚合物的结晶度和晶区尺寸，进一步改善了热导率。此外，在交联体系中引入芳环增强了沿分子链方向的声子传播，增大了声子平均自由程，并减少了声子散射。通过分子结构设计与优化，成功获得了本征高热导率环氧树脂（NBEP），其面内热导率为1.05 W·m?1·K?1，穿透平面热导率为0.45 W·m?1·K?1。在机理分析方面，采用分子动力学模拟考察了分子链层间距的变化以及声子态密度，进一步验证了热导率的提升机制。所制备的NBEP被应用于电子器件散热，表现出优于纯商用环氧树脂（E51）的散热性能。此外，动态酯键的引入赋予了聚合物优异的可降解性，使得复合材料中高附加值填料得以回收。该工作为制备用于电子器件和电池热管理应用的多功能本征高热导率液晶环氧树脂提供了一种新策略。

  全文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.75552

作者简介

宁俊淇

天津大学博士研究生，研究方向为导热复合材料/涂层的制备及其性能研究，导师为汪怀远教授。目前以第一作者（含共一）身份在Adv. Funct. Mater.、Ind. Chem. Mater.、Chem. Eng. J.、Carbon、Adv. Membr.、Sep. Purif. Technol.、Ind. Eng. Chem. Res.期刊发表论文8篇，申请发明专利4项，授权2项。参与国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金等项目研究。

汪怀远

汪怀远教授，天津大学化工学院党委书记，博士生导师，国家杰青，百千万人才工程国家级人选，国家万人计划入选者，国家“有突出贡献的中青年专家”，享受国务院特殊津贴专家，国家技术发明二等奖获得者，侯德榜化工科技奖青年奖、孙越崎能源科学技术奖青年奖等获得者。主要从事化工新材料、表界面设计与强化、新型功能涂层研究，成果服务于油气装备、化工装备以及深海装备及管道防腐耐磨与防污防垢，换热设备及芯片等高导热防腐需求。作为负责人主持了30余项省部级以上科研项目，包括国家杰出青年科学基金、国家万人计划、国家基金委重大集成项目、国家重点研发课题、国家自然科学基金以及央企/龙头企业合作课题等，先后50余次担任国内外学术会议主席、分会场主席、委员或做大会/邀请报告。

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