近日📨，沐鸣師生在SCI一區TOP期刊Advanced Composites and HybridMaterials（IF=11.806）上在線發表了題為“A critical review of the preparation strategies of thermallyconductive and electrically insulating polymeric materials and theirapplications in heat dissipation of electronic devices”的論文，該論文是以我校與上海海事大學聯合培養的碩士研究生趙成功為第一作者🚶➡️，沐鸣李一凡博士和於偉教授通力指導的結果。沐鸣為第一單位。
圖文簡介
隨著電力系統和電子設備的功率和布線密度的提高🖖🏻，所產生的高能量密度會在有限的空間內造成嚴重的熱量積累，導致組件內部的消蝕和電路之間不必要的能量消耗🌈，這將嚴重降低電子設備的效率和使用壽命。電子器件的熱管理可以從兩個方面來實現👨🏫：散熱系統和熱功能材料。與系統優化相比，新型材料的設計和開發具有更大的潛力。同時，更新迭代後的高性能材料也更容易集成到散熱系統中。
關於聚合物熱導率（TC）的改進已經有一些優秀的綜述，但對電絕緣性能的關註較少。一些關於導熱電絕緣的綜述也只是在TC的改進方面投入了較長的篇幅👩👧，而電性能的變化和絕緣的機理沒有做專門討論。為了更好地設計和開發用於電子器件散熱的聚合物基材料，特別是要求電氣絕緣的場所↙️，有必要對聚合物基導熱電絕緣材料的最新發展進行全面的回顧。本工作不僅回顧了材料的製備策略👨🏽，還介紹了其在特定領域的實際應用。其中⌚️，製備策略從本征聚合物的結構調節和聚合物基復合材料的製備策略兩個方面進行了討論。同時，作者還在相應的製備策略中總結了每個樣品的TC和電導率（EC）的變化⏭，這將有助於為新材料的設計提供指導🤲🏽。應用部分則涵蓋了材料的實際使用，包括微電子學、電池組等。並討論了導熱電絕緣聚合物材料面臨的挑戰和前景🤜🏽🤴🏻。值得一提的是♜，已有研究者對導熱導電機製3️⃣、TC預測模型和EC預測模型進行了系統的綜述，本文不再贅述。
圖1.全文概述圖
圖2.本征導熱聚合物分子鏈的物理約束策略
圖3.本征導熱聚合物分子鏈間作用力的增強策略
圖4.聚合物基復合材料的非原位混合策略（單一的電絕緣填料粒子）
圖5.聚合物基復合材料的非原位混合策略（單一的導電填料粒子）
圖6.聚合物基復合材料的非原位混合策略（多種填料粒子的協同效應）
圖7.聚合物基復合材料的原位聚合策略（填料與前驅體共混）
圖8.聚合物基復合材料的原位聚合策略（填料與聚合物單體共混）
圖9.填料與本征高導熱聚合物共混策略
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圖11.導熱電絕緣聚合物基材料在LED照明領域的應用
圖12.導熱電絕緣聚合物基材料在動力電池封裝領域的應用
圖13.導熱電絕緣聚合物基材料在大功率線圈繞組和電纜領域的應用
毫無疑問，導熱電絕緣的高分子材料近年來得到了充分的發展，這主要是由於材料科學和技術的革命性進步。新型填料的快速發展為促進高分子材料獲得優越的綜合性能提供了更多的可能性。然而🥢，在材料性能改進、性能測試和工業生產方面仍存在一些挑戰🥘→。針對這些挑戰🧑🏿✈️🕟，作者討論了一些潛在的研究前景✊，列舉如下：（1） 目前，本征導熱聚合物的加工工藝較為復雜，仍處於實驗室研究階段🧕。對於實現高TC和低EC的聚合物基復合材料🚲，對設備投資🤛🏼⛷、研發能力和人員技能的要求較高，產品的單位成本普遍較高👮🏽♀️。因此🐀，這兩種材料與大規模工業生產仍有一定的距離。未來工業化發展方向主要集中在加工工藝的優化方面，同時要確保產品的性能。（2）現有的絕緣和熱導機製和理論模型有時不能與實驗結果精確匹配。未來的研究工作旨在優化現有的機製和模型，以及開發新的機製和模型🏷。（3） 據作者所知🏷🙎🏼♂️，本文所列舉的實例中采用的典型表征方法是激光閃光技術🤱🏼。該方法能夠對宏觀材料的TC給出相對準確的測試結果👩🏻⚕️。然而👨🌾，對於納米復合材料或超薄膜🕵️♀️🏊，由於技術限製，沒有統一的檢測標準來準確地確定實際TC值。即使是對於相同的材料系統，通過不同的技術獲得的報告數據也可能存在很大的差異❤️。（4）選擇TC或EC作為所開發材料性能的唯一評價指標是不科學的。以導熱為例，材料與相鄰換熱器的界面接觸對實際散熱效果有著不容忽視的影響🌬。作者提出，可以通過施加壓力、表面優化（微通道）🧑🏻🦯、燒結、蝕刻👩🏽🍳、化學氣相沉積和電鍍等來增加接觸面積✵🦒。