热管理材料具有良好的导热性（TC）和电绝缘性，非常适用于现代集成电子领域。近期，四川大学吴宏教授团队通过电纺丝和电喷雾方法，以及随后的热压处理，在热塑性聚氨酯（TPU）复合薄膜中构建了多壁碳纳米管@氮化硼纳米颗粒（MWCNT@BNNS）互连网络。大多数MWCNT沿电纺TPU纤维定向排列，并包裹在纤维内部，以保持绝缘性能，含量为5wt%。此外，将BNNS附着在1D TPU/5MWCNT纤维表面并与MWCNT连接，以实现高TC和优异的电绝缘性能。获得的TPU/5MWCNT@40BNNS复合膜表现出9.99W/（m·K）的优异面内TC，表明其散热能力优于TPU@40BNNS复合薄膜。此外，该复合膜还显示出显著的电绝缘性能（约1013 Ω·cm）和极好的柔韧性。总体而言，这项工作为下一代柔性电子设备提供了巨大的潜在前景。

图1.（a）剥离块状BN的制备过程示意图。（b）TPU/MWCNT@BNNS复合薄膜的制备。

图2.Si/SiO₂基底上（a）BN、（b）BNNS的SEM图像。（c）BNNS的TEM图像，（d）BNNS的AFM图像和（e）BNNS的高度剖面。（f）BNNS胶体水溶液的廷德尔效应。

图3.（a）BN和BNNS的FTIR光谱、（b）XRD结果和（c）拉曼光谱。（d）BN、TA和BNNS的TGA曲线。（e）BN和BNNS的XPS结果。BNNS的（f）O1s和（g）C1s的高分辨率XPS光谱。BN剥离前后（h）B1s和（i）N1s的比较高分辨率XPS分析。

图4.（a）纯TPU纤维薄膜、（b）TPU/5MWCNT纤维薄膜以及BNNS含量分别为（c）10wt%、（d）20wt%和（e）40wt%的TPU/5MWCNT@BNNS纤维薄膜的SEM图像。（f）TPU/5MWCNT纤维的TEM图像。（g,h）压制后TPU/5MWCNT@40BNNS复合薄膜表面的SEM图像。（i）光学照片显示了TPU/5MWCNT@40BNNS复合薄膜的出色柔性和强度。

图5.（a）TPU@BNNS和TPU/5MWCNT@BNNS复合薄膜的面内和（b）层间TC。（c）复合膜的TC各向异性指数。（d）MWCNT对TPU/5MWCNT@BNNS复合薄膜面内TC增强的贡献。（e）TPU/5MWCNT@BNNS复合薄膜的导热路径示意图。（f）TPU/5MWCNT@BNNS复合薄膜与先前工作的面内TC比较。

图6.（a）大功率LED的热传导示意图。（b）采用不同复合膜的LED表面的温度-时间曲线和（c）操作过程中相应的IR图像。

图7.（a）具有不同BNNS含量的TPU@BNNS和TPU/5MWCNT@BNNS复合薄膜的体积电阻。（b）TPU/5MWCNT@40BNNS复合薄膜的绝缘展示。

该工作以“Constructing interconnected network of MWCNT and BNNS in electrospun TPU films: Achieving excellent thermal conduction yet electrical insulation properties”为题发表在《Carbon》（DOI:10.1016/j.carbon.2023.118691）上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.118691