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?創(chuàng)新研發(fā)：球形氧化鋁基復(fù)合材料，實現(xiàn)高機械強度、優(yōu)異導(dǎo)熱與自熄性一體化

文章出處：產(chǎn)品百科責(zé)任編輯：東莞東超新材料科技有限公司發(fā)表時間：2025-01-03

　　一、背景及研究意義
隨著科技的飛速發(fā)展，電子設(shè)備、新能源等領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅艿囊笤絹碓礁摺Ｌ貏e是對于兼具高機械強度、高導(dǎo)熱性以及自熄特性的聚合物復(fù)合材料，其市場需求日益旺盛。然而，傳統(tǒng)聚合物復(fù)合材料在導(dǎo)熱性能、機械性能和阻燃性能方面存在一定的局限性。為了滿足這些領(lǐng)域的需求，研究人員一直在尋找一種既能保持良好機械性能，又能實現(xiàn)高效導(dǎo)熱和自熄特性的復(fù)合材料。
近年來，球形氧化鋁作為一種優(yōu)異的導(dǎo)熱填料，因其高導(dǎo)熱性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及較低的成本而備受關(guān)注。然而，如何制備出一種兼具高機械強度、高導(dǎo)熱性及自熄特性的球形氧化鋁復(fù)合材料，仍然是材料科學(xué)領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。本文將詳細介紹同濟大學(xué)邱軍教授、中國藥科大學(xué)周湘副教授、南開大學(xué)Zhao Weiqiang團隊在這一領(lǐng)域取得的最新研究成果。
二、研究挑戰(zhàn)及解決方案
高導(dǎo)熱性與機械性能的矛盾
為實現(xiàn)聚合物復(fù)合材料的高導(dǎo)熱性，通常需要加入大量導(dǎo)熱粉體。然而，這會導(dǎo)致復(fù)合材料的機械性能、柔韌性和加工性大幅下降。為解決這一問題，研究團隊采用了以下策略：
（1）選用具有高導(dǎo)熱性的球形氧化鋁作為填料，以提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。
（2）通過功能化改性，提高球形氧化鋁與聚合物基體的相容性，降低界面熱阻。
（3）采用獨特的多刺結(jié)構(gòu)，增強填料與基質(zhì)的連接，提高復(fù)合材料的機械強度。
界面熱阻問題
填料與聚合物基體之間的界面熱阻是影響復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的關(guān)鍵因素。為降低界面熱阻，研究團隊采取了以下措施：
（1）對球形氧化鋁進行表面改性，提高其與聚合物基體的結(jié)合力。
（2）采用樹皮狀結(jié)構(gòu)，促使功能顆粒實現(xiàn)有效互連，優(yōu)化復(fù)合材料內(nèi)部的協(xié)同作用。
阻燃性能的提升
為實現(xiàn)復(fù)合材料的自熄特性，研究團隊采用了以下方法：
（1）引入具有阻燃性能的有機磷酸酯，賦予復(fù)合材料自熄性能。
（2）通過多刺結(jié)構(gòu)，防止有機磷酸酯的自聚合，提高復(fù)合材料的阻燃性能。
三、研究成果及性能展示
研究團隊成功開發(fā)出一種兼具高機械強度、高導(dǎo)熱性及自熄特性的球形氧化鋁復(fù)合材料。該材料具有以下優(yōu)點：
抗拉強度達到15.9 MPa，具有良好的機械性能。
導(dǎo)熱系數(shù)高達2.51 W·m?1·K?1，為高功率CPU提供了持續(xù)高效的散熱解決方案。
具有自熄性能，提高了材料的安全性能。
密度低、可獲取性強、環(huán)境友好，符合全球發(fā)展戰(zhàn)略。
四、應(yīng)用前景
這種新型球形氧化鋁復(fù)合材料在電子、新能源等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：
高功率電子設(shè)備散熱：可作為高性能散熱材料，應(yīng)用于CPU、LED等高功率電子設(shè)備的散熱。
新能源領(lǐng)域：可用于制備鋰電池隔膜、超級電容器電極等材料，提高能量存儲設(shè)備的性能。
航空航天：可作為輕質(zhì)、高強度的結(jié)構(gòu)材料，應(yīng)用于航空航天器的制造。
其他領(lǐng)域：還可應(yīng)用于汽車、建筑、化工等領(lǐng)域，具有巨大的市場潛力。
這種兼具高機械強度、高導(dǎo)熱性及自熄特性的球形氧化鋁復(fù)合材料，為我國材料科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展提供了有力支持，有望推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的科技進步。

相關(guān)研究成果已以“Cocklebur-Inspired Robust Non-flammable Polymer Thermo Conductor for CPU Cooling”為題，發(fā)表于《Small》期刊。

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