西安交大科研人员在热管理复合材料研究领域取得新进展

随着5G通讯和人工智能用电子器件不断向小型化、集成化和多功能化的方向发展，高效散热问题已经成为制约微电子器件及其系统发展和应用的瓶颈，对热管理材料提出了新的挑战。新型高分子导热复合材料要求同时具有低的热膨胀系数、高的热导率和热稳定性。通过向高分子基体中添加随机分散导热填料的传统方法不仅导热增强效率有限，高的填料含量（形成有效导热通路的阈值≥50 vol%）还会极大增加工艺难度且降低材料的力学性能。

受贝壳珍珠母“砖-泥”层状结构启发，西安交通大学研究人员提出了一种基于木材多尺度结构基元序构的仿生设计思路，采用生物模板陶瓷化技术结合真空浸渍法，在环氧树脂基体中构建了具有各向异性的碳化硅导热框架，该3D框架不仅具有轴向的高度定向排列性，且其内部相邻的纳米SiC晶粒紧密接触，界面热阻低；另一方面，该框架在径向具有限制高分子链热运动的蜂窝网络结构。借助SiC高热导的属性和仿生结构的特点，复合材料在实现轴向热导率有效提升的同时（热导率为传统SiC颗粒弥散分布复合材料的20倍，导热增强效率高达259），获得了极低的径向热膨胀系数以及优异的热稳定性和阻燃性能。

近日，该研究成果以《各向异性高导热聚合物复合材料中致密3D-SiC木材陶瓷骨架的构建》（Wood-Derived, Vertically Aligned and Densely Interconnected 3D SiC Frameworks for Anisotropically Highly Thermoconductive Polymer Composites）为题发表于《先进科学》(Advanced Science)。西安交通大学金属材料强度国家重点实验室为第一作者单位。陕西省先进陶瓷材料多功能化工程技术研究中心王波副教授与杨建锋教授为本文通讯作者，论文第一作者为博士生周小楠，主要合作者包括电气工程学院张乔根教授和赵军平副教授。该研究得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目的共同资助。西安交通大学高性能计算平台和分测中心提供了计算和测试表征的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202103592