一種兼具兼具高機械強度、高導熱性以及自熄特性的球形氧化鋁復合材料

制備兼具高機械強度、高導熱性以及自熄特性的聚合物復合材料，一直是工業界與學術界亟待解決的一大難題。為實現聚合物復合材料的高導熱性，通常需加入高含量的導熱粉體，但這往往導致材料的機械性能、柔韌性和加工性大幅下降。此外，導熱粉體作為填料在制備導熱復合材料時還會引發一系列問題。例如，由于填料和聚合物基體之間相容性差，接觸熱阻高，導致復合材料的導熱系數往往低于理論預測。再者，填料分布的不連續性會進一步增大界面熱阻，而填料與聚合物間較弱的界面結合力還會引發嚴重的聲子散射現象。為應對上述挑戰，研究人員積極探尋各種解決方案。

近日，同濟大學邱軍教授、中國藥科大學周湘副教授、南開大學Zhao Weiqiang團隊針對高導熱復合材料機械強度不足、生產成本大、界面熱阻高和易燃性的挑戰取得最新進展。研究團隊受蒼耳“多刺種子-樹皮”3D結構的啟發，使用乙二胺亞甲基膦酸銅作為“多刺”，并將功能化球形氧化鋁作為“種子”填料，開發出澆注聚氨酯（PUC）復合材料。這種獨特的多刺結構不僅能夠有效防止有機磷酸酯的自聚合，賦予聚合物自熄性能，還能通過“種子”與基質的連接增強復合材料的機械強度和導熱性。同時，樹皮狀結構促使功能顆粒實現有效互連，優化了復合材料內部的協同作用。表面積的增大降低了界面熱阻，從而顯著提升了導熱性能。所制備的PUC復合材料展現出卓越的性能，抗拉強度達到15.9 MPa，導熱系數高達2.51 W·m?1·K?1，為高功率CPU提供了持續高效的散熱解決方案。這些復合材料還具有低密度、廣泛的可獲取性和環境友好性，是符合全球發展戰略的可持續電子和新能源應用領域極具潛力的候選材料。相關研究成果已以“Cocklebur-Inspired Robust Non-flammable Polymer Thermo Conductor for CPU Cooling”為題，發表于《Small》期刊。