六方氮化硼（h-BN）具有優異的導熱性能和絕緣性能，在電子熱管理領域得到了廣泛的關注。然而，由于界面熱阻難以克服，h-BN增強聚合物復合材料的熱導率與預期相差甚遠。為了實現聚合物復合熱界面材料的高導熱性，采用原位剝離法制備了氮化硼-石墨烯（BNNS-Gr）雜化填料。加入聚乙二醇（PEG）基體后，復合材料的導熱性能在保持電絕緣的前提下得到顯著提高。此外，還構建了以該雜化填料為原料的三維導熱框架。通過真空浸漬法引入聚乙二醇（PEG）后，這種有序結構有效地解決了相變復合材料在實際工作條件下的泄漏問題，并在10 vol%時顯示出2.45 W m
-1 K
-1的增強導熱性，以及優異的電絕緣性、形狀穩定性和循環穩定性。修正的Hashin–Shtrikman模型和Foygel非線性模型證明了石墨烯與BN的復合降低了無序和有序體系的界面熱阻。這表明原位剝離法是制備納米填料降低復合材料界面熱阻的有效方法。
圖1. （a） BNNS-Gr的具體制備圖。（b）BN的SEM圖像。（c）石墨的SEM圖像。（d） BNNS-Gr的AFM圖像和插圖中顯示的高度信息。藍色插圖顯示BN、石墨和BNNS-Gr水分散體。
圖2. BNNS-Gr（a）中紅色矩形的TEM圖像（a）和高分辨率圖像（b）（c）（b）的FFT圖像。（d） BNNS-Gr.（e）B、N、C和O元素分布的EDS圖像。
圖3. BN、Gt和BNNS Gr（a）的XRD圖和部分變焦（b）。（c） Gt、Gr、BN和BNNS-Gr的拉曼光譜。（d）BN和BNNS-Gr的FTIR光譜曲線。（e）Gt、BN和BNNS-Gr的XPS光譜，（f）C 1s光譜，（g）O 1s光譜，（h）B 1s光譜，和（i）BNNS-Gr原位剝落的N 1s光譜。
圖4. （a） 相同BN添加量的PEG及其復合材料的導熱性能。（b） BN/PEG、B+G/PEG和BG/PEG復合材料導熱系數的改進Hashin-Shrikman模型擬合。（c） BG/PEG復合材料的體積電阻率。
圖5. （a） BGA/PEG復合材料的具體制備圖。（b–f）體積分數為2–10%的BGA氣凝膠的SEM圖像。（g） BGA/PEG-6復合材料的SEM圖像。
圖6. （a） BGA/PEG和BNA/PEG復合材料導熱系數的Foygel非線性模型擬合。（b） BGA/PEG復合材料的體積電阻率。（c） BN填料填充復合材料的研究與比較。
圖7. 熱板上PEG、BG/PEG和BGA/PEG的光學照片。
圖8.（a） BGA/PEG復合材料的DSC曲線。（b） 50次循環后BGA/PEG-8的升溫和降溫DSC曲線。
相關研究成果由蘭州大學
Wensheng Gao 和Yongxiao Bai課題組2025年發表在
ACS Applied Materials & Interfaces (鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c18250)上。原文：Universal Construction of Electrical Insulation and High-Thermal-Conductivity Composites Based on the In Situ Exfoliation of Boron Nitride-Graphene Hybrid Filler
轉自《石墨烯研究》公眾號
