封伟教授，AS观点：黏弹性聚合物基智能导热复合材料

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文章信息

黏弹性聚合物基智能导热复合材料

第一作者：俞慧涛

通讯作者：冯奕钰*，封伟*

单位：天津大学材料科学与工程学院

研究背景

随着器件集成度的提高和使用环境的日益复杂，界面接触差，应力集中的热界面材料在实际应用中极易发生不规则变形、热膨胀和挤压以及振动，造成较大的温度梯度和局部温度过热，导致界面层分离、热控制失效和工程失效。聚合物基导热复合材料能够自动适应应用环境与非平整、粗糙和动态的接触表面实现牢固贴合接触，在不同的温度场中保持良好的快速热疏导能力。

因此，本篇观点建立了一种设计具有复杂功能热导、传感和机械传导集成的聚合物基复合材料的方法，为未来高性能聚合物基界面材料的设计和制备提供了理论基础和技术支持。它也为软机器人和仿生假肢的发展提供了广阔的潜在前景。

文章简介

基于此，来自天津大学的封伟教授团队，在国际知名期刊Advanced Science上发表题为“Highly Thermally Conductive Adhesion Elastomer Enhanced by Vertically Aligned Folded Graphene”的观点文章。该观点认为黏弹性聚合物导热导热材料不仅可以改善导热填料与聚合物之间的界面接触，保持导热材料的机械完整性和稳定性，而且可以有效避免传热界面膨胀时新型导热材料的脱落，是降低界面热阻、提高导热系数值的有效措施。

本文要点

要点一：优化调节聚合物结构

图1.聚合物的分子结构设计及界面黏附性分析

对于PBA链段，当PBA聚合物链段含量较高时，共聚物分子交联程度较低，分子的力学稳定性和力学承载能力较差，导致聚合物的力学强度及黏附性相对较弱。相反，PDMS具有较大的力学强度，高PDMS含量下聚合物交联程度较高，分子键氢键较少，聚合物分子间相互作用降低，导致最终高PDMS含量的共聚物材料力学强度提高，伸长率和黏附性明显降低。因此，优化分子强交联和分子间氢键可以获得较高综合力学性能的聚合物基体材料。

要点二：黏弹性改善传热效果

图2. 黏弹性聚合物导热复合材料的回弹性和黏弹性

黏附性强、高回弹性的聚(PBA-ran-PDMS)/VAFG导热复合材料可以降低界面热阻，提高导热效率。兼具高弹性和界面黏附性的聚(PBA-ran-PDMS)/VAFG导热材料可以排除产热装置和散热装置之间接口的空气，填充装置之间的间隙，降低接触热阻，可有效地将热量从发热装置传导到热控制装置。因此，引入强黏附和高弹性的概念，优化可逆超分子相互作用或动态共价键是解决导热基底强界面黏附及提高导热效率的最有效方法。

要点三：智能学习与感知

图3. 黏弹性导热复合材料在智能感知与识别方面的应用

通过优化聚合物的结构，控制复合材料的回弹性和导热性。然后，利用材料导热系数及软硬程度的不同，拟合材料抓取后的曲线变化，然后根据机械手抓取不同类型材料物体后的温度和电信号的变化趋势，对比获取未知材料的信息。

文章链接

Highly Thermally Conductive Adhesion Elastomer Enhanced by Vertically Aligned Folded Graphene

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202201331

通讯作者简介

封伟教授简介：天津大学教授，博士生导师。“万人计划”科技创新领军人才，国家杰出青年基金获得者，科技部中青年创新领军人才，天津市杰出人才，中国复合材料学会导热复合材料专业委员会主任委员，教育部科技委学部委员，英国皇家化学会会士（FRSC），日本 JSPS 学术振兴委员会高级访问学者，享受国务院政府特殊津贴专家。教授、博士生导师。国家杰出青年科学基金获得者，国家“万人计划”科技创新领军人才，国务院政府特殊津贴专家，天津市杰出人才，首批天津市“131”创新团队负责人，教育部新世纪优秀人才，中国复合材料学会导热复合材料专业委员会首任主任。

封伟教授长期从事功能有机碳复合材料，高导热功能复合材料，光热能转换存储材料，高性能氟化碳材料方向研究，研究成果在Chem Soc Rev、Nat Comm、Prog Mater Sci、Mater Sci Engin R、Adv Mater、Angew.Chem.Int.Ed等期刊上发表文章200余篇、 10余次被国际期刊封面/底亮点文章报道。授权中国发明专利80余项,授权国际专利5项。获得教育部、天津市等省部级一等奖3项。

课题组介绍

天津大学封伟教授团队长期致力于导热材料的研究，近年来该团队在国家自然科学基金杰出青年基金、重点基金以及科技部重点研发等项目的支持下在碳纳米管、石墨烯材料（Carbon, 2014, 77, 1054-1064；RSC Adv., 2014,4(20),10090-10096；Carbon, 2016, 104:157-168；Carbon, 2016, 109:575-597；Carbon, 2017, 116, 81-93；Adv. Funct. Mater., 2018, 28(45), 1805053；Carbon, 2018, 13,149e159；Carbon, 2019, 149: 281-289；Compos. Sci. Technol., 2022: 109406）、

聚合物基碳复合材料（Carbon, 2016, 109:131-140；Compos. Part A. Appl. Sci. Manuf., 2016, 91:351-369；Compos. Commun., 2018, 9, 33-41；Adv. Funct. Mater., 2019,1901383；Mater. Sci. Engineering R, 2020, 142, 100580；Carbon, 2022, 196: 902-912；Adv. Funct. Mater., 2021, 2107082）、导热自修复复合材料（Nano-Micro Lett. 2022, 14:135；Macromolecules, 2020, 142, 100580；Carbon, 2021, 179, 348-357；高分子学报, 2021, 52(03):272-280；功能高分子学, 2020, 33(06): 547-553）等方面的研究和设计上取得了一系列的原创性成果。