六方氮化硼（h-BN）具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和絕緣性能，在電子熱管理領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。然而，由于界面熱阻難以克服，h-BN增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的熱導(dǎo)率與預(yù)期相差甚遠(yuǎn)。為了實(shí)現(xiàn)聚合物復(fù)合熱界面材料的高導(dǎo)熱性，采用原位剝離法制備了氮化硼-石墨烯（BNNS-Gr）雜化填料。加入聚乙二醇（PEG）基體后，復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能在保持電絕緣的前提下得到顯著提高。此外，還構(gòu)建了以該雜化填料為原料的三維導(dǎo)熱框架。通過真空浸漬法引入聚乙二醇（PEG）后，這種有序結(jié)構(gòu)有效地解決了相變復(fù)合材料在實(shí)際工作條件下的泄漏問題，并在10 vol%時(shí)顯示出2.45 W m
-1 K
-1的增強(qiáng)導(dǎo)熱性，以及優(yōu)異的電絕緣性、形狀穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性。修正的Hashin–Shtrikman模型和Foygel非線性模型證明了石墨烯與BN的復(fù)合降低了無序和有序體系的界面熱阻。這表明原位剝離法是制備納米填料降低復(fù)合材料界面熱阻的有效方法。
圖1. （a） BNNS-Gr的具體制備圖。（b）BN的SEM圖像。（c）石墨的SEM圖像。（d） BNNS-Gr的AFM圖像和插圖中顯示的高度信息。藍(lán)色插圖顯示BN、石墨和BNNS-Gr水分散體。
圖2. BNNS-Gr（a）中紅色矩形的TEM圖像（a）和高分辨率圖像（b）（c）（b）的FFT圖像。（d） BNNS-Gr.（e）B、N、C和O元素分布的EDS圖像。
圖3. BN、Gt和BNNS Gr（a）的XRD圖和部分變焦（b）。（c） Gt、Gr、BN和BNNS-Gr的拉曼光譜。（d）BN和BNNS-Gr的FTIR光譜曲線。（e）Gt、BN和BNNS-Gr的XPS光譜，（f）C 1s光譜，（g）O 1s光譜，（h）B 1s光譜，和（i）BNNS-Gr原位剝落的N 1s光譜。
圖4. （a） 相同BN添加量的PEG及其復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。（b） BN/PEG、B+G/PEG和BG/PEG復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的改進(jìn)Hashin-Shrikman模型擬合。（c） BG/PEG復(fù)合材料的體積電阻率。
圖5. （a） BGA/PEG復(fù)合材料的具體制備圖。（b–f）體積分?jǐn)?shù)為2–10%的BGA氣凝膠的SEM圖像。（g） BGA/PEG-6復(fù)合材料的SEM圖像。
圖6. （a） BGA/PEG和BNA/PEG復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的Foygel非線性模型擬合。（b） BGA/PEG復(fù)合材料的體積電阻率。（c） BN填料填充復(fù)合材料的研究與比較。
圖7. 熱板上PEG、BG/PEG和BGA/PEG的光學(xué)照片。
圖8.（a） BGA/PEG復(fù)合材料的DSC曲線。（b） 50次循環(huán)后BGA/PEG-8的升溫和降溫DSC曲線。
相關(guān)研究成果由蘭州大學(xué)
Wensheng Gao 和Yongxiao Bai課題組2025年發(fā)表在
ACS Applied Materials & Interfaces (鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c18250)上。原文：Universal Construction of Electrical Insulation and High-Thermal-Conductivity Composites Based on the In Situ Exfoliation of Boron Nitride-Graphene Hybrid Filler
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
