[交大智慧]上海交大团队在导热绝缘聚合物材料研究领域获重要进展
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日前，上海交通大学化学化工学院江平开教授研究团队在导热绝缘聚合物材料领域取得重要进展，相关成果以“Cellulose Nanofiber Supported 3D Interconnected BN Nanosheets for Epoxy Nanocomposites with Ultrahigh Thermal Management Capability”为题，在国际著名材料期刊《Advanced Functional Materials》上发表。
绝缘材料是电力设备及电子器件不可或缺的基本组成部分，相当程度上决定了电力设备及电子器件的技术水平。当前，电力设备与电子器件朝着集成化、高功率化等方向发展，运行、工作过程中易产生大量热量，这些热量如不能通过绝缘高效传递出去会严重影响工作可靠性和使用寿命。聚合物在电力设备及电子器件中被广泛用作绝缘材料，但大部分聚合物材料导热系数低，严重制约了热管理能力的提升。传统增强导热系数、提高热管理能力的方法是在聚合物中添加大量无机导热填料，但在满足高热管理能力的同时会牺牲聚合物材料的绝缘性能、机械性能及加工性能。因此，在低填充下实现高效的热管理能力是导热绝缘材料研究中的一大挑战。
基于此，该研究团队提出利用氮化硼纳米片（BNNS）构筑三维导热结构的方法增强聚合物材料的导热系数。首先使用纤维素纳米纤维作为支持模板，通过溶胶凝胶法与真空冷冻干燥技术制备三维互联的氮化硼纳米片气凝胶，然后浇注环氧树脂获得得到纳米复合绝缘材料。测试结果显示，该材料在低氮化硼纳米片含量（仅9.6 vol%）下，导热系数可提高约14倍，刷新了聚合物绝缘材料的导热增强效率记录。重要的是，这一纳米复合绝缘材料还保持了环氧树脂的优异绝缘性能，体积电阻率达1015 Ω cm。红外热像仪观察到该纳米复合绝缘材料具有比常规纳米复合材料快的多热响应速率，说明在热管理方面具有很好的应用前景。
江平开教授团队多年来致力于导热绝缘材料的应用基础研究，这是2013年以来该团队第二次在《Advanced Functional Materials》发表导热绝缘领域的论文。该工作得到了国家科技部重点基础研究发展计划（No.2014CB239503）、国家自然科学基金项目（Nos.51522703，51477096，51277117)及上海市浦江人才计划（PJ14D018）的资助。