來源|Chemical Engineering Journal

原文 |https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142650

01背景介紹

隨著信息時代的不斷發展、云計算、人工智能、物聯網、大數據，正在徹底改變人類生活。電子系統，包括化工生產中的電子控制器，具有更高的和對小型化、集成化、智能化。但是，電子設備的高度集成通常是伴隨著功率密度的增加和更多的熱量產生，在運行過程中熱量的積累這是很難消散的。過多的熱量積累可能導致電子設備性能下降，甚至因熱失控而損壞設備，嚴重時可能威脅到人的生命財產安全。因此，迫切需要開發更先進、更適用于集成電子設備的熱管理技術和材料。

相變材料(PSMs)通過相變來儲存和釋放熱能，由于其能量密度大、體積變化小、相變溫度相對恒定等特點，在熱管理領域具有很大的應用前景。PCMs憑借其優良的溫度控制和熱管理特性，被公認為過熱保護和電子器件的最佳熱管理材料。然而，固-液相變材料固有的導熱系數低、泄漏、剛性大是制約其在電子設備、5G等高端熱管理領域應用的關鍵問題。

此外，熱管理材料的導電性也應考慮在內電子設備。電子產品中有大量的電路集成芯片中，這將不可避免地產生漏電流。熱管理材料往往由于含有高導電性石墨烯、碳納米管(CNTs)等導電性高的導熱填料，因此容易引起短路。那么如何使相變材料具有優異的傳熱性能，同時能保持低的電導率下和優異的柔性是目前面臨的挑戰之一。

02成果掠影

大連理工大學唐炳濤教授在制備具有高導熱和低電阻、以及優異的柔性的熱管理材料方面取得新進展。

本文提出了一種新型的柔性熱管理相變薄膜PCPU/mCNTs。作者將烷基化改性碳納米管（mCNTs）設計成相變聚氨酯（PCPU）體系。基于高電阻和mCNTs的導熱性能，制備出的PCPU / mCNT薄膜表現出增強的導熱性和高電阻。實驗結果表明，PCPU/ mCNTs薄膜具有優異的柔韌性、抗拉性(>6 MPa)、熱穩定性、高相變焓(>92 J/g)、高導熱系數和高電阻(比銅高5個數量級)。基于上述優異性能，PCPU/mCNTs薄膜可以通過相變和散熱的協同作用，有效地實現電子器件的熱管理。此外，PCPU/mCNTs薄膜還可以根據應用場景進行重塑和回收。該工作為電子器件熱管理材料的設計提供了一種新思路，未來應進一步關注該方法的普適性。

研究成果以“Flexible phase change films with enhanced thermal conductivity and low electrical conductivity for thermal management”為題發表于《Chemical Engineering Journal》。

03圖文導讀

圖1.柔性相變薄膜PCPU/mCNTs的設計思路。

圖2.(a) CNTs改性示意圖。(b) CNTs和mCNTs的拉曼光譜。(c, d) CNTs和mCNTs的SEM圖像，插圖顯示CNTs和mCNTs在有機相甲苯溶劑中的分散照片。

圖3.(a) PCPU的合成過程示意圖，(b-c) PCPU/mCNTs的柔性。(d) PCPU和PCPU/mCNTs No. 1-4的拉伸斷裂強度直方圖。

圖4.(a) mCNTs、PEG10000、PCPU和PCPU/mCNTs-3的XRD譜圖，(b, c) PCPU和PCPU/mCNTs No. 1-4復合材料的DSC曲線。(d) PCPU、PCPU/mCNTs No. 1-4和PCPU/CNTs-5%復合材料的導熱系數變化圖，(e) PCPU/mCNTs No. 1-4和PCPU/CNTs-5%的電阻率變化圖，插圖為PCPU/mCNTs的高電阻率機理示意圖。

圖5.(a)有和無PCPU/mCNTs-3熱管理芯片的紅外熱像圖。(b) PEG、PCPU和PCPU/mCNTs No. 1-4復合材料的TGA曲線。(c) PCPU/mCNTs-3熱管理膜的重塑和回收照片。

審核編輯：湯梓紅