65%wt氮化硼導熱粉體與橡膠復合，導熱率高達11W/（m·K）

近日，東京大學和產業技術綜合研究所（產綜研）聯合宣布，他們將65%wt氮化硼（BN）導熱粉體/導熱填料/導熱劑與環狀高分子聚輪烷（PR）復合而成的片材，其導熱性能達到了驚人的11W/（m·K）。

PR是一種由聚乙二醇直鏈高分子與環糊精環狀分子構成的“超分子”橡膠，其獨特的交聯結構賦予其高延展性和抗撕裂性。研究團隊通過水中等離子體處理，在PR表面引入羥基等官能團，實現了填料的均勻分散。六方氮化硼（BN）作為高導熱電氣絕緣導熱粉體/導熱填料/導熱劑，其板狀單晶結構在特定方向上展現卓越導熱性，在20℃時具有392W/（m·K）的高熱導率。為最大化導熱效率，需確保BN板面在橡膠中定向排列。

然而，當將表面改性后的氮化硼導熱粉體/導熱填料/導熱劑在高分子材料中進行定向時，傳統的“正弦波交流電場”由于電場強度不足和長時間施加時產生的介電加熱會促進溶液的凝膠化，導致無法充分定向。本研究創新采用脈沖交流電場，并改進了電極配置，將電場強度提高到傳統方法的50倍，有效抑制凝膠化，成功在65%wt高濃度下實現BN定向。結果顯示，該復合片材在厚度方向上導熱率高達11W/（m·K），媲美金屬，同時保持橡膠級低楊氏模量（58MPa）和優異電氣絕緣性（體積電阻率1.9×1011Ω·cm），為多個領域提供了高效導熱絕緣解決方案。

詳細內容刊登在《Composites Part A: Applied Science and Manufacturing》上。