随着器件集成度的提高和使用环境的日益复杂，热界面材料在实际应用中往往面临着界面接触差、应力集中等问题。这些问题容易导致材料发生不规则变形、热膨胀和挤压，甚至出现振动，从而造成温度梯度过大和局部温度过热的情况。这不仅会导致界面层分离、热控制失效和工程失效。因此，为了确保良好的散热效果，我们需要设计一种能够自动适应应用环境、与不规则、粗糙和动态的接触表面实现紧密贴合。同时，在不同的温度场中，这种材料还需要保持良好的快速热疏导能力。新型柔弹性导热材料将成为解决这一问题的重要策略之一。通过构筑定向的石墨烯垂直阵列与液态金属双连续导热通路，并且合理设计具有超低模量，高变形性的刷形聚合物，可以提供解决高导热-低模量难以兼顾的新策略。

  近日，天津大学封伟教授领导的FOCC团队设计合成了一种高性能聚合物基软弹性的导热复合材料。首先，首先通过真空辅助工艺将垂直排列的石墨烯气凝胶（VGA）与刷形聚二甲基硅氧烷（BPDMS）复合，结合激光刻蚀技术在VGA/BPDMS材料表面设计了相互连接的液态金属网络路径，制备了图案化液态金属/石墨烯气凝胶/刷状聚二甲基硅氧烷复合材料（LM-VGA/BPDMS）（图1a）。引入低弹性模量的刷状聚合物赋予LM-VGA/BPDMS卓越的弹性和柔软性。液态金属的网络路径具有优异的导热性和可变形性，极大地提高了LM-VGA/BPDMS复合材料与加热器/散热器接触时的热传递性能。所制备的LM-VGA/BPDMS复合材料与最先进的商业TIMs相比在静态和动态界面热传递能力方面的优越性。本文研究结果为可重复使用的高性能TIMs的构建提供了深入的见解，这在动态界面热管理和复杂环境中的热感应等领域具有重要的潜在应用价值。

1 材料合成及表征

2 力学性能

图2. 刷型聚二甲基硅氧烷及LM-VGA/BPDMS的力学性能

（3） 双连续导热网路的导热性能

（4） 动态热管理

图4. LM/VGA/BPDMS复合材料的动态热管理能力

5 不规则界面传热及热传感

图5. LM/VGA/BPDMS复合材料不规则界面传热性能及热感知应用

  因此本文结论如下：

  1) 通过构筑垂直定向石墨烯和定向连续液态金属网络的双重热传导网络， N-LM-VGA/BPDMS复合材料表现出高效的热传递性能，包括高导热率（κ_⊥ = 7.11 Wm^–1K^–1和κ_// = 4.47 Wm^–1K^–1）和低热接触阻力（R_c = 14.1 Kmm²W^?1, 0.04 MPa）。

  2) 得益于刷状聚二甲基硅氧烷的可变形性、超软弹性和低模量，N-LM-VGA/BPDMS能够承受高弹性应变（压缩率高达60%）并具有极低的弹性模量（低至10.13 kPa）。因此，N-LM-VGA/BPDMS复合材料不仅在与商业TIMs相比表现出优异的散热效率，而且在压力控制下还展现出高效稳定的多级散热和动态界面散热。

  3) 此外，凭借其优异的适应性、柔软性和回弹性，制备的复合材料在多种不规则界面之间的热传递中具有可重复使用的潜力。基于其优异的热传递性能和非残留性能，该复合材料在批量芯片温度检测和热感应元件方面具有巨大的应用潜力。

  相关研究成果近期以“Patterned liquid metal embedded in brush-shaped polymer for dynamic thermal management”为题发表在期刊Materials Horizons上。天津大学材料学院博士生何青霞为论文第一作者，封伟教授与国家级青年人才秦盟盟研究员为论文通讯作者。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://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/mh/d3mh01498c