通过导热-支撑一体化结构设计制造超柔韧导热复合相变材料

发布时间:2026年05月30日

高效热管理技术是保障高功率电子、柔性可穿戴设备及先进能源系统可靠运行的关键。有机固-液相变材料(PCMs)凭借其高储能密度和近似等温储释热特性,成为理想的被动热管理方案。然而,传统PCMs的本征刚性难以适应柔性电子、曲面热源及人体贴合场景。柔性相变材料(FPCMs)虽可承受机械变形,却长期面临储能密度、力学柔韧性与导热系数三者之间的根本性矛盾:高储能密度要求高结晶度,但刚性结晶畴会限制柔性;高模量导热填料虽能提升热导率,却会降低储能密度并破坏力学性能。

要同时兼顾机械柔性、储能密度与热导率,关键在于创新的高分子网络设计与精密的界面工程,即构建交联聚合物结构以确保机械完整性和防泄漏能力,同时优化填料-聚合物界面以最小化热阻,实现在低填料负载下高效导热且不牺牲柔韧性。此外,网络结构与界面调控还需具备良好的加工适应性,以统一规模化制造与实际应用性能。

针对上述核心难题,本研究提出一种导热-力学支撑一体化结构设计策略。通过对六方氮化硼(BN)进行羟基化改性(BNOH),使其与马来酸酐接枝的聚烯烃弹性体(MA-POE)发生开环酯化反应,形成共价键连接的网络。这一结构不仅构建了高效声子传输通道,同时BNOH作为交联点参与聚合物网络形成,实现应力-声子耦合传输。最终制备的FPCMs70 wt%石蜡(PW)含量下,依然保持高达2191% 的断裂伸长率,同时拥有145.2 J/g 的高储能密度和1.44 W/m K 的面内热导率,并展现出优异的形状稳定性与热循环可靠性。更重要的是,得益于一体化结构赋予的良好熔体加工性,所制备的FPCMs可通过热压、挤出等传统热加工工艺规模化制备成块材、薄膜和纤维,极大拓展了其应用场景。

W.-W. Liu, S.-P. Wang, S.-Z. Li, H. Cao, C.-P. Feng, M. Chen, L. Bai, J. Yang*, W. Yang*, Integrated Design of Thermoconductive Mechanically Supporting Architectures for Manufacturing Ultra-Stretchable Thermally Conductive Composite Phase Change Materials, Advanced Functional Materials, 2026, e75855.

全文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.75855