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  近年來(lái)隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展，各類電子設(shè)備正不斷向微型化、高功率發(fā)展。表現(xiàn)出集成度不斷增加，封裝越來(lái)越緊密，這就迫使電子元件在密閉空間內(nèi)不可避免地產(chǎn)生熱量。如果散熱不當(dāng)，過(guò)多的熱量會(huì)嚴(yán)重降低電子元件的可靠性和使用壽命。因此，開(kāi)發(fā)先進(jìn)的熱管理材料變得至關(guān)重要，其中聚合物復(fù)合材料因其重量輕、柔韌性好、易于加工等特點(diǎn)，作為熱管理材料備受關(guān)注。

  然而，目前許多研究都旨在強(qiáng)調(diào)提高材料導(dǎo)熱系數(shù)（TC），卻忽略了這些材料的工作環(huán)境。在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)備工作溫度對(duì)TC的影響至關(guān)重要，具有導(dǎo)熱系數(shù)正溫度依賴性(TDTC)的材料在溫度升高時(shí)散熱效率更高，可確保電子設(shè)備的性能穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)有效的熱管理。

  面對(duì)這一問(wèn)題，南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)受“蛇皮”分層結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，設(shè)計(jì)了一種隔離結(jié)構(gòu)，在高膨脹高抗沖聚苯乙烯(HIPS)/石墨(Gt)復(fù)合材料上涂覆銅合金(Cu alloy)，銅合金在限制HIPS/Gt熱膨脹的同時(shí)還能形成偽導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，從而增強(qiáng)TDTC和熱導(dǎo)率(TC)，其作用類似于蛇在吞咽過(guò)程中蛇皮“硬鱗片”和“軟外皮”之間的相互作用。與采用傳統(tǒng)熔融混合方法制造的相同成分的復(fù)合材料相比，生物啟發(fā)的復(fù)合材料的TC和正TDTC都有大幅提高。此工作不僅利用仿生策略為制造具有正TDTC的導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料開(kāi)辟了一條前景廣闊的途徑，也為化學(xué)熱交換器和其他高溫散熱裝置提供了潛在的應(yīng)用領(lǐng)域。

本文要點(diǎn)

（1）生物啟發(fā)設(shè)計(jì)

  在自然界中，蛇有一種非凡的能力，能吞下比其體型大得多的獵物。在這一過(guò)程中，蛇皮會(huì)發(fā)生巨大的變形，軟鱗片會(huì)大幅擴(kuò)張，而硬鱗片的擴(kuò)張程度則很小。由于軟硬鱗的膨脹程度不同，硬鱗限制了軟鱗的過(guò)度膨脹，從而防止了軟鱗的撕裂。這一奇妙的結(jié)構(gòu)機(jī)理為設(shè)計(jì)聚合物復(fù)合材料提供了寶貴的靈感。通過(guò)模仿剛性鱗片-軟膜系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種隔離結(jié)構(gòu)：將HIPS與Gt預(yù)混合，破碎后在混合物上涂覆銅合金，然后進(jìn)行熱壓成型。Gt的高熱導(dǎo)率可提高復(fù)合材料的整體熱導(dǎo)率，而銅合金的熱體積膨脹率低于HIPS/Gt，可降低界面熱阻同時(shí)表現(xiàn)出正TDTC。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c05237