《Adv. Funct. Mater.》发表顾军渭教授/阮坤鹏副教授关于聚酰亚胺导热复合膜的研究成果

近日，学院顾军渭教授团队在Advanced Functional Materials期刊在线发表题为《Molecular Brush-Grafted Liquid Crystalline Hetero-Structured Fillers for Boosting Thermal Conductivity of Polyimide Composite Films》的研究论文。

柔性电子的快速发展对高分子复合膜的导热性能提出了更高的要求。异质结构导热填料得益于低界面热障和填料协同效应，已被证明是提升高分子复合膜导热性能的理想选择。但异质结构导热填料往往在高分子基体内无序分布，影响高分子复合膜内导热通路构筑效率的进一步提升。本文提出了通过原子转移自由基聚合在氟化石墨烯@碳纳米管（FG@CNT）异质结构导热填料表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯分子刷的新策略，使FG@CNT有序排列并呈液晶态（LC-(FG@CNT)），并将其引入本征高导热液晶聚酰亚胺（LC-PI）基体中制备LC-(FG@CNT)/LC-PI导热复合膜。当LC-(FG@CNT)的质量分数为15 wt%时，LC-(FG@CNT)/LC-PI导热复合膜室温下的面内导热系数（λ_∥）和面间导热系数（λ_⊥）分别达到5.66 W/(m·K)和0.76 W/(m·K)，较本征导热LC-PI膜的λ_∥（2.11 W/(m·K)）和λ_⊥（0.32 W/(m·K)）提升了168.2%和137.5%，也明显高于相同FG@CNT用量下FG@CNT/LC-PI导热复合膜（λ_∥=4.72 W/(m·K)，λ_⊥=0.74 W/(m·K)）。经实际散热测试和有限元模拟，LC-(FG@CNT)/LC-PI导热复合膜展现出优异的热管理能力，在新一代柔性电子设备中具备强大的应用潜力。本工作不仅在异质结构导热填料的微观有序排列方面提供了新的思路，还为面向柔性电子器件热管理的高分子复合膜的设计研发提供了新的依据。

学院阮坤鹏副教授为本文的第一作者，顾军渭教授和博士后郭华为本文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、航空科学基金、陕西省自然科学基础研究计划重点项目、陕西省创新能力支撑计划项目、中央高校基本科研业务费专项资金等基金项目的资助支持。

论文信息：

Kunpeng Ruan, Mukun Li, Yuheng Pang, Mukun He, Hua Guo*, Xuetao Shi, Junwei Gu*. Molecular Brush-Grafted Liquid Crystalline Hetero-Structured Fillers for Boosting Thermal Conductivity of Polyimide Composite Films, Advanced Functional Materials, 2025, 10.1002/adfm.202506563.

论文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202506563

图文简介：

图1 LC-(FG@CNT)/LC-PI导热复合膜的制备流程示意图

图2 不同f-FG/f-CNT比例下6种FG@CNT异质结构导热填料的SEM照片（a~f）；FG@CNT/LC-PI、(f-FG/f-CNT)/LC-PI、f-FG/LC-PI和f-CNT/LC-PI复合膜的导热性能对比（g, h）

图3 FG@CNT、I-(FG@CNT)和LC-(FG@CNT)的FT-IR谱图（a）、XPS谱图（b）、Raman谱图（c）和TEM照片（d~f, d’~f’）；FG@CNT/NMP、I-(FG@CNT)/NMP和LC-(FG@CNT)/NMP分散液的POM照片（g~i）

图4 LC-(FG@CNT)/LC-PI复合膜的导热性能及其机理示意图

图5 LC-(FG@CNT)/LC-PI导热复合膜的热管理性能

图文：阮坤鹏

审核：姚东东