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田兴友研究员和张献研究员团队:构筑高导热聚酰亚胺柔性绝缘膜

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发表于 2021-6-23 09:01:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
近期,中科院合肥研究院固体所高分子与复合材料研究部田兴友研究员和张献研究员团队在高导热聚酰亚胺柔性绝缘膜研究方面取得新进展,利用氮化碳在石墨烯上原位生长和“类落叶”策略实现高导热聚酰亚胺柔性绝缘膜的构筑。相关研究成果以“Enhanced thermal conductivity of carbon nitride-doped graphene/polyimide composite film via a “deciduous-like” strategy”为题发表在材料科学TOP期刊Composites Science and Technology上。
       电子产品的小型化和高密度集成化使其内部工作温度急剧上升,过热的工作环境会严重影响电子器件的可靠性和使用寿命。因此,为了保持电子器件的正常运行和长期稳定,高效的热管理是非常必要的。面对下一代电子产品更轻、更薄、可弯曲、可折叠甚至可穿戴的发展趋势,开发高导热的柔性聚合物薄膜材料已成为当前的研究热点。

高导热聚酰亚胺柔性绝缘膜

高导热聚酰亚胺柔性绝缘膜
  图1. 氮化碳在rGO上原位生长和PI/rGO@CN复合膜制备过程示意图。

高导热聚酰亚胺柔性绝缘膜

高导热聚酰亚胺柔性绝缘膜
  图2. (a)PI/rGO@CN复合膜在不同填料含量下的面内导热率;(b)PI/rGO@CN复合膜的Foygel模型拟合;(c)CN和rGO的声子谱;(d)rGO@CN传热模型图;(e)GO@CN体系的稳态温度分布;(f)稳态条件下的能量随时间变化曲线;(g)PI/rGO@CN复合膜的热传递示意图。
       鉴于此,研究团队首先通过将氮化碳(CN)在石墨烯(rGO)上原位生长,获得高导热且电绝缘的rGO@CN复合导热填料;进而采用“类落叶”策略实现低负载量的rGO@CN在聚酰亚胺(PI)膜中的分层构筑。相比于低添加量填料在聚合物基体中均匀分散、较难形成连续的导热通路来说,分层结构在构筑连续的导热通路方面有着独特优势。当rGO@CN填充量为10 wt%时,复合薄膜面内导热系数得到了显著的提高,达到6.08 W·m-1·K-1,这主要是由于构筑了良好导热通道以及CN与rGO之间良好的声子谱匹配。此外,通过红外热成像技术探究PI/rGO@CN复合膜实际散热效果,发现与纯PI膜相比,PI/rGO@CN复合膜具有更加优异的面内热传递能力。氮化碳的引入,不仅抑制了rGO导电网络的形成,且其表面丰富的活性基团使rGO@CN与PI基体间有良好的相容性,从而避免了填料团聚,这是构筑有序导热通路的关键。该研究为工业生产高导热聚酰亚胺柔性绝缘膜提供了新的思路。
    该工作得到了国家重点研发计划、中科院STS重点项目和安徽省自然科学基金等多个项目的资助。
    文章链接:http://sciencedirect.com/science/article/pii/S026635382100049X


          文章来源:合肥研究院
          田兴友,研究员,博士生导师。中国科学院合肥物质科学研究院应用技术研究所所长,安徽循环经济技术工程院院长。中国塑料工业协会专家委员会首批聘任专家,安徽省科学家企业家协会理事,中小型企业创新基金全国评审专家。1995年毕业于安徽大学化学系应用化学专业;并同年加入中国科学院固体物理研究所任职。2006年在中国科学院固体物理研究所获凝聚态物理博士学位;2009年3月被聘为中国科学院合肥物质科学研究院研究员,博士生导师。主要研究方向是纳米材料和聚合物基纳米复合材料的制备、性能及其产业化开发工作。多项研发成果已在企业实现了产业化,并在Macromolecules、JournalofMaterialsChemistryA、Polymer、CompositesScienceandTechnology等杂志上发表论文六十余篇。申请国家发明专利60多项,已经授权30余项。承担的研究课题包括国家863计划、国家科技支撑计划、中科院院地合作专项及二十多项企业委托开发项目。目前主要的研究方向:1.纳米复合高分子材料的功能化和高性能化及其应用技术;2.节能环保材料的制备与应用技术;3.纳米复合分散体系的制备及其应用技术。
        张献,男,博士,副研究员,硕士生导师。2003年毕业于山东师范大学物理系获学士学位,2008年毕业于中国科学院固体物理研究所获博士学位。主要从事功能化有机/无机纳米复合材料的制备、性能及规模化方面的研究工作。曾主持和参与国家863计划、国家科技支撑计划及多项企业合作开发项目。目前的研究方向:绿色阻燃纳米复合材料的设计;轻质滤波或吸波电缆材料的开发;功能化纳米复合橡胶材料的研究。拟招生凝聚态物理、材料物理与化学、材料学及相关专业的学生。

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