新一代大功率电子设备在工作过程中的热量积聚会导致过热，从而大幅度降低电子设备的效率、可靠性、安全性和使用寿命等。因此，高效散热一直是下一代大功率电子器件在集成度、功能性和灵活性方面亟待解决的问题。这就对具有先进热管理能力的材料和结构有着巨大的需求。虽然通过添加高含量的高导热填料可以有效提高复合材料的导热性能，但高导热填料含量的增加势必会导致复合材料的力学性能变差，限制其进一步应用，特别是在新一代大功率柔性电子设备和软机器人散热的新兴领域。因此，基于高导热性和可形变性之间的权衡，制备同时具有高导热性和高形变性的柔性热界面材料至关重要。

近日，青岛大学孙彬教授联合香港科技大学张统一院士、上海交通大学黄兴溢教授、南方科技大学朱桂妹研究员在《npj Flexible Electronics》期刊上，发表了最新研究成果“Flexible yet impermeable composites with wrinkle structured BNNSs assembling for high-performance thermal management”。研究者使用静电纺丝结合超声的方法，先将氮化硼纳米片（BNNS）沉积到预拉伸TPU电纺纤维上，在纤维膜预应力释放之后，纤维恢复到初始状态，而BNNSs则会随着纤维回缩自发形成紧密搭连的双轴褶皱结构。

图1 实验流程示意图及形貌和能谱表征

图2 复合材料的导热性能

在 BNNS约为32 wt%~35 wt%的低添加含量下，该纳米复合材料具有26.58 W/m·K ~ 29.38 W/m·K的高面内热导率，并且热阻随着预拉伸程度的增加而显著降低。另外，通过有限元分析，证明褶皱结构有利于热流传输，从而改善复合材料垂直方向的导热性能。

图3 复合材料作为电脑CPU热界面材料的热管理能力

图4 复合材料在柔性电子中的热管理能力

该复合材料用于常规电子器件及柔性电子器件的热管理时，表现出良好的散热效果，甚至优于部分商用热界面材料。特别是在3000多次连续弯折-复原过程中，以100%预拉伸的复合材料作为热界面材料的柔性器件，表面饱和工作温度波动仅在0.9℃以内，表明其出众的热管理能力和稳定性。

此外，该复合材料还具有防渗透性和密封性能，在未来柔性电子热管理和封装领域有着应用前景。

该工作得到了山东省自然科学基金和青岛诺康环保科技有限公司的大力支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41528-024-00320-4