近日，我院师生在SCI一区TOP期刊Advanced Composites and HybridMaterials（IF=11.806）上在线发表了题为“A critical review of the preparation strategies of thermallyconductive and electrically insulating polymeric materials and theirapplications in heat dissipation of electronic devices”的论文，该论文是以我校与上海海事大学联合培养的硕士研究生赵成功为第一作者，上海第二工业大学能源与材料学院李一凡博士和于伟教授通力指导的结果。上海第二工业大学能源与材料学院为第一单位。
图文简介
随着电力系统和电子设备的功率和布线密度的提高，所产生的高能量密度会在有限的空间内造成严重的热量积累，导致组件内部的消蚀和电路之间不必要的能量消耗，这将严重降低电子设备的效率和使用寿命。电子器件的热管理可以从两个方面来实现：散热系统和热功能材料。与系统优化相比，新型材料的设计和开发具有更大的潜力。同时，更新迭代后的高性能材料也更容易集成到散热系统中。
关于聚合物热导率（TC）的改进已经有一些优秀的综述，但对电绝缘性能的关注较少。一些关于导热电绝缘的综述也只是在TC的改进方面投入了较长的篇幅，而电性能的变化和绝缘的机理没有做专门讨论。为了更好地设计和开发用于电子器件散热的聚合物基材料，特别是要求电气绝缘的场所，有必要对聚合物基导热电绝缘材料的最新发展进行全面的回顾。本工作不仅回顾了材料的制备策略，还介绍了其在特定领域的实际应用。其中，制备策略从本征聚合物的结构调节和聚合物基复合材料的制备策略两个方面进行了讨论。同时，作者还在相应的制备策略中总结了每个样品的TC和电导率（EC）的变化，这将有助于为新材料的设计提供指导。应用部分则涵盖了材料的实际使用，包括微电子学、电池组等。并讨论了导热电绝缘聚合物材料面临的挑战和前景。值得一提的是，已有研究者对导热导电机制、TC预测模型和EC预测模型进行了系统的综述，本文不再赘述。
图1.全文概述图
图2.本征导热聚合物分子链的物理约束策略
图3.本征导热聚合物分子链间作用力的增强策略
图4.聚合物基复合材料的非原位混合策略（单一的电绝缘填料粒子）
图5.聚合物基复合材料的非原位混合策略（单一的导电填料粒子）
图6.聚合物基复合材料的非原位混合策略（多种填料粒子的协同效应）
图7.聚合物基复合材料的原位聚合策略（填料与前驱体共混）
图8.聚合物基复合材料的原位聚合策略（填料与聚合物单体共混）
图9.填料与本征高导热聚合物共混策略
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图11.导热电绝缘聚合物基材料在LED照明领域的应用
图12.导热电绝缘聚合物基材料在动力电池封装领域的应用
图13.导热电绝缘聚合物基材料在大功率线圈绕组和电缆领域的应用
毫无疑问，导热电绝缘的高分子材料近年来得到了充分的发展，这主要是由于材料科学和技术的革命性进步。新型填料的快速发展为促进高分子材料获得优越的综合性能提供了更多的可能性。然而，在材料性能改进、性能测试和工业生产方面仍存在一些挑战。针对这些挑战，作者讨论了一些潜在的研究前景，列举如下：（1） 目前，本征导热聚合物的加工工艺较为复杂，仍处于实验室研究阶段。对于实现高TC和低EC的聚合物基复合材料，对设备投资、研发能力和人员技能的要求较高，产品的单位成本普遍较高。因此，这两种材料与大规模工业生产仍有一定的距离。未来工业化发展方向主要集中在加工工艺的优化方面，同时要确保产品的性能。（2）现有的绝缘和热导机制和理论模型有时不能与实验结果精确匹配。未来的研究工作旨在优化现有的机制和模型，以及开发新的机制和模型。（3） 据作者所知，本文所列举的实例中采用的典型表征方法是激光闪光技术。该方法能够对宏观材料的TC给出相对准确的测试结果。然而，对于纳米复合材料或超薄膜，由于技术限制，没有统一的检测标准来准确地确定实际TC值。即使是对于相同的材料系统，通过不同的技术获得的报告数据也可能存在很大的差异。（4）选择TC或EC作为所开发材料性能的唯一评价指标是不科学的。以导热为例，材料与相邻换热器的界面接触对实际散热效果有着不容忽视的影响。作者提出，可以通过施加压力、表面优化（微通道）、烧结、蚀刻、化学气相沉积和电镀等来增加接触面积。
文章链接:https://doi.org/10.1007/s42114-022-00584-2