DOI: 10.1021/acsami.3c02605

增强聚合物基复合材料的散热性能在现代电子技术中具有重要的现实意义。最近，构建用于复合材料的三维（3D）热通道网络结构已经成为一种有吸引力的方式。然而，对于大多数报道的高导热复合材料而言，在高填料负载下才能获得优异的性能，并且构建3D网络结构通常需要复杂的步骤，这大大限制了高导热聚合物基材料的大规模制备和应用。本文利用聚合诱导的对位芳纶纳米纤维（PANF）的骨架形成特性和六方氮化硼纳米片（BNNS）的高导热性，通过简单的真空辅助自堆叠方法成功制备了3D分层PANF-BNNS气凝胶，可作为环氧树脂（EP）的导热骨架。所得的PANF-BNNS/EP纳米复合材料在仅13.2vol% BNNS负载下表现出3.66W/m/K的高热导率。通过有限元分析验证了热传导路径的有效性。PANF-BNNS/EP纳米复合材料显示出卓越的实际热管理能力、优异的热稳定性、低介电常数和介电损耗，使其成为电子封装应用的可靠材料。这项工作也为轻松制备3D各向异性高效导热网络结构提供了一种潜在的、可推广的策略。

图1.（a）PANF分散体的光学图像；（b）PANF的TEM图像；（c）剥离的BNNS分散体的光学图像；（d）剥离的BNNS的TEM图像；和（e）PANF-BNNS气凝胶的光学图像。红色箭头表示内部PANF-BNNS层的方向。（f-h）PANF-BNNS气凝胶在不同放大倍数下的SEM图像（BNNS含量：13.2vol%）和（i）PANF-BNNS/EP纳米复合材料的光学图像。红色箭头表示纳米复合材料内部热传导路径的方向。（j-l）PANF-BNNS/EP纳米复合材料在不同放大倍数下的SEM图像。

图2.（a）PANF-BNNS/EP纳米复合材料在平行和垂直方向上的热导率比较，（b）PANF-BNNS/EP纳米复合材料和BNNS/EP纳米复合材料的热导率，（c）基于EMT和Foygel模型的模拟热导率，（e）PANF-BNNS/EP纳米复合材料在25℃和100℃循环温度下的热导率，（f）本工作与其他参考文献的热导率比较，以及（g）通过COMSOL Multiphysics 5.4对PANF-BNNS/EP纳米复合材料的传热模拟。

图3.PANF-BNNS/EP纳米复合材料的热管理能力：（a）从左到右为纯EP、BNNS/EP和PANF-BNNS/EP纳米复合材料的光学图像；BNNS含量均为13.2vol%；（b）三种样品在加热过程中的温度变化；（c）这三种样品在冷却过程中的温度变化；（d）三种样品在加热过程中的红外热图像；（e）三种样品在冷却过程中的红外热图像；（f）热界面材料模型的光学图像；BNNS含量为13.2vol%；（g）三种样品表面温度的红外热图像；以及（h）散热实验期间三种样品的中心温度。

图4.PANF-BNNS/EP纳米复合材料的热稳定性和介电性能。（a）具有不同BNNS含量的PANF-BNNS/EP纳米复合材料的Tg（从DSC曲线获得）和（b）TGA曲线。（c）纯EP、BNNS/EP和PANF-BNNS/EP纳米复合材料在300℃下加热10分钟前后的光学图像比较；BNNS含量均为13.2vol%。（d）具有不同BNNS含量的PANF-BNNS/EP纳米复合材料的介电常数、（e）介电损耗和（f）交流电导率。