随着现代电子设备的小型化、高度集成和多功能化，电子元器件的快速散热问题变得越来越重要。高分子聚合物具有质量轻、耐腐蚀、绝缘性能好等优点，成为电子封装及热管理需要的主要材料之一。但是，聚合物的不足之处是导热性差，经过添加无机填料可改善其导热性能，对于提高电子器件的性能和寿命具有非常重要的意义。为了提高聚合物的热导率，进行了许多研究。一方面，可以添加高导热填料，提高导热性能。目前，已采用的导热填料有碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维、炭黑、金刚石、金属微粒、SiO2、BN、SiC、Al2O3等。另一方面，可以施加外力使分子链有序取向，从而提高聚合物的导热性能。
近期，中原工学院张旺玺老师以不同粒度的金刚石和聚丙烯腈（PAN）共聚物为原料，采用静电纺丝方法制备得到金刚石/PAN杂化复合纤维，改善金刚石在聚合物中的均匀分散性，并提高导热性能。通过改变纺丝溶液中金刚石的添加量，研究了不同金刚石含量及不同粒度的金刚石对金刚石/PAN杂化复合纤维形态和热性能的影响。研究结果表明，静电纺丝可以有效解决微米级金刚石在PAN聚合物中的分散问题，金刚石的粒度对纺丝的稳定性和连续性影响很大，粒度为0.5~1μm的金刚石经过纺丝可以有效地包覆在纤维中。当金刚石的粒度大于1~2μm时，纺丝时稳定性差，纤维中很少或几乎没有包覆金刚石颗粒。当金刚石粒度为0.5~1μm、实际质量分数为38.5wt%时，金刚石/PAN杂化复合纤维热导率最高，达到1.923W/(m·K）。
图１不同金刚石质量分数的金刚石/PAN杂化复合纤维和金刚石粉末（0.5~1μm）的SEM 图像。
纺丝电压对所得纤维的纤维直径及静电纺丝工艺稳定性均有很大影响。电压过低时，难以克服纺丝溶液的表面张力，无法通过静电纺丝获得纤维。当电压过高时，又会增加纺丝的不稳定性。图1为粒度为0.5~1μm的金刚石的质量分数对金刚石/PAN杂化复合纤维形态的影响。图2可以看出，与纯PAN电纺纤维相比，加入金刚石后，每根纳米纤维的弯曲度均发生了明显变化，纯PAN纤维相对较直，而加了金刚石的纤维发生了显著弯曲，且纤维表面粗糙度也有所增加。与纯PAN纤维相比，加了金刚石后的纤维直径增加了约90nm。随着金刚石的粒度增加，纤维直径基本没有发生变化，但是可纺性变差。
图2 纯聚丙烯腈（PAN）纤维和添加不同粒度金刚石的金刚石/PAN杂化复合纤维SEM图像。
结论：（1）分别选用四种不同粒度的金刚石，采用静电纺丝法制备了金刚石/聚丙烯腈（PAN）杂化复合纤维。金刚石的粒度对纺丝的稳定性和连续性影响很大，粒度为0.5~1μm的金刚石经过纺丝可以有效的包覆在金刚石/PAN杂化复合纤维中；粒度为1~2μm的金刚石也能部分包覆在金刚石/PAN 杂化复合纤维中；采用粒度为3~5μm和180~250μm的金刚石制备金刚石/PAN杂化复合纤维，纺丝时稳定性差，而且金刚石难以包覆在金刚石/PAN杂化复合纤维中。
（2）粒度为0.5~1μm的金刚石能均匀分散在金刚石/PAN杂化复合纤维中，解决了微米级金刚石在PAN聚合物中的分散问题。当金刚石的实际质量分数为38.5wt%时，金刚石/PAN杂化纤维的热导率最高，达到了1.923W/(m·K）。
