哈工大《ACS AMI》：高导热纳米金刚石/芳纶纳米纤维复合薄膜，用于热管理、柔性电子和智能可穿戴设备
1成果简介
聚合物基导热材料因其密度低、柔韧性好、成本低、易于加工等优点，是散热的首选。研究人员一直在尝试开发一种具有优异导热性（TC）、机械强度、热稳定性和电性能的聚合物复合薄膜。然而，在单一材料中协同实现这些特性仍然是一个挑战。针对上述需求，本文，哈尔滨工业大学朱嘉琦教授团队在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Fabrication of High Thermal Conductivity Nanodiamond/Aramid Nanofiber Composite Films with Superior Multifunctional Properties”的论文，研究采用自组装策略制备了聚（二烯丙基二甲基氯化铵）-官能化纳米金刚石（ND@PDDA）/芳纶纳米纤维（ANF）复合薄膜。
由于静电引力产生的强界面相互作用，ND颗粒沿ANF轴强烈吸引以形成ANF / ND“芯鞘”排列。这些组件通过ANF凝胶沉淀自建三维导热网络，分析为实现高热性能的关键参数。在30 wt %功能化ND负载下，制备的ND@PDDA/ANF复合薄膜表现出高达30.99和6.34 W/m-K的高面内和贯穿面TCs，代表了以前报道的所有聚合物基电绝缘复合薄膜中的最优值。此外，纳米复合材料还实现了实际应用所需的其他性能，例如出色的机械性能，出色的热稳定性，超低的热膨胀系数，出色的电绝缘性，低介电常数，低介电损耗和出色的阻燃性。因此，这种优异的综合性能使ND@PDDA/ANF复合薄膜能够作为先进的多功能纳米复合材料应用于热管理、柔性电子和智能可穿戴设备。
2图文导读
图1.ND@PDDA/ANF TC复合薄膜的制备工艺示意图。
图2、(a) ND和ND@PDDA的XPS宽扫描光谱。(b) ND的C 1s的XPS窄扫描光谱。(c) ND@PDDA的C 1s的XPS窄扫描光谱。(d) ND和ND@PDDA的FTIR光谱。(e) 分散在DMSO中的ND和ND@PDDA的ζ电位。(f) ND 和 ND@PDDA 的 TGA 曲线。(g) ND的TEM图像。(h) ND@PDDA的TEM图像。(i) ND/DMSO 分散体和 ND@PDDA/DMSO 分散体的紫外-可见光谱。
图3. 不同ND@PDDA含量的ND@PDDA/ANF复合膜的照片
图4、ND@PDDA/ANF复合薄膜超高TC的内在机理
图5.（a） ND@PDDA/ANF 复合薄膜的拉伸应力-应变曲线，ND@PDDA添加剂载荷为 0、5、10、30 和 50 wt%。（b） 不同ND@PDDA含量的ND@PDDA/ANF复合薄膜的极限拉伸强度和断裂伸长率。（c） 不同ND@PDDA含量的ND@PDDA/ANF复合薄膜的杨氏模量和韧性。（d） 50重量%ND@PDDA/ANF胶片的数码照片显示出极佳的柔韧性。
图6.（a）TGA曲线，（b）热膨胀曲线和（c）具有不同ND@PDDA含量的ND@PDDA/ANF复合薄膜的CTE值。（d–f）显示纯ANF薄膜的火焰测试的图像。（G–I）图像显示了50 wt % ND@PDDA/ANF薄膜的火焰测试。
图7.（a） 不同ND@PDDA含量的ND@PDDA/ANF复合薄膜的体积电阻率。（b） ND@PDDA/ANF复合薄膜的介电常数和（c）在室温下不同频率下ND@PDDA含量不同的介电损耗
3小结
综上所述，本文成功制备了具有准各向同性结构和内部“芯鞘”排列的多功能ND@PDDA/ANF复合薄膜。PDDA功能化的ND可以分别比原始ND更有效地降低和提高界面热阻和TC。这些优越的多功能性能使该薄膜在热管理、电气封装、无线电通信、柔性电子和智能可穿戴设备领域具有广阔的应用前景。
文献：
https://doi.org/10.1021/acsami.3c02574
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来源：文章来自ACS AMI网站，由材料分析与应用整理编辑。
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