随着微纳电子器件热功率密度的迅速增长，控制热量的传递对于解决能源危机和电子设备加热等问题尤为重要，开发高性能的聚合物基导热复合材料已成为科学和工业界研究热点。然而，目前已报道的聚合物基导热复合材料的导热效率远未达到预期，主要有以下原因：1）聚合物复合材料中相之间的固有界面热阻。2）复合材料与接触面之间高的界面接触热阻。因此，仅仅提高复合材料导热率并不意味着高效界面热传导以及有效的传热效率。解决这一问题的一个很有前景的策略是设计聚合物分子来增强界面之间的粘合，实现固体-固体界面的有效传热。

  近日，天津大学封伟教授团队设计合成了一种仿生粘附聚合物基导热复合材料，该聚合物基体以3-甲基丙烯酰多巴胺和甲基丙烯酸羟乙脂为原料合成了一种受贻贝和蜗牛粘附机理启发的共聚物P(DMA-HEMA)（图1a）。将P(DMA-HEMA)与作为导热填料的垂直排列的碳纳米管（VACNTs）结合，形成了具有超高粘附性和各向异性导热的聚合物基导热复合材料P(DMA-HEMA)/VACNTs。这种仿生粘附聚合物通过丰富的氢键、金属配位以及与表面的机械互锁的协同作用，确保了良好的界面粘合和界面热传递。来自邻苯二酚基团的氢键和π-π相互作用共同促进了两个相邻VACNT之间的声子传输。基于聚合物设计的策略与多级界面调制相结合，同时实现了强界面粘合性和高导热性。

具体内容如下：

图1. 聚合物基导热复合材料的粘附性能

图2. 聚合物基导热复合材料的导热性能

图3. 聚合物基导热复合材料实现导热通路修复的应用

图4. 聚合物基导热复合材料在零压力条件下作为热界面材料的性能提升

  因此本文结论如下：

  （1）通过与表面形成氢键、金属配位和机械互锁，P（DMA-HEMA）/VACNTs复合材料具有高粘附能力，降低复合材料与接触表面的界面热阻，提高传热效率。

  （2）基于具有有序堆叠的碳纳米管阵列，该复合材料在贯穿平面方向上表现出优异的各向异性热导率（21.46 W m^-1 K^-1）。由于复合材料与碳纳米管的相互作用（例如π-π相互作用），降低了填料间的热阻，复合材料的平面热导率相比于碳纳米管阵列增大335%。

  （3）P（DMA-HEMA）/VACNT的优异导热性和粘附能力实现了对导热通路的异质修复。此外，该复合材料在无应力条件下作为热界面材料表现出优异的热稳定性和可靠性。因此，它作为高强度和长期使用的散热器组件具有巨大的应用潜力。

  相关研究成果近期以“A Bioinspired Polymer-Based Composite Displaying Both Strong Adhesion and Anisotropic Thermal Conductivity”为题发表在期刊Advanced Functional Materials上。天津大学博士生张恒为第一作者，封伟教授为通讯作者。该项研究受到国家自然科学基金重点项目的支持。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202211985