研究背景

 在过去的几十年里, 研究人员对高分子聚合物热传输机制, 尤其是对高分子聚合物的热导率与其不同尺度下结构参数(从原子级到纳米级和微米级)关系有了更深入的探索, 并进一步揭示了聚合物单体结构、原子间相互作用力、分子内/分子间相互作用力、高分子链刚度]、高分子链取向、结晶度、晶体尺寸效应、高分子链链长、高分子链形态结构、交联密度、高分子分子量与热导率之间的关系，对高分子聚合物导热机制有了更深的理解，导热高分子聚合物在很多领域有着很好的应用场景。

自上而下法从聚合物本身入手, 主要包括机械拉伸处理、电纺法、模板辅助法等. 机械拉伸处理下, 聚合物热导率随着拉伸比升高, 这是由于拉伸后趋于笔直和有序的高分子骨架更有利于热传导效率的提高. 以聚乙烯纳米纤维为例, 2010年Shen 等。报道了一种机械拉伸处理后的纳米纤维热导率可约达 104 W·m–1·K–1. 这一热导率已经超过了包括铂、铁和镍在内的半数纯金属, 而块体聚乙烯的热导率通常只在0.1 W·m–1·K–1数量级. 这一高导热性的实现有赖于拉伸作用对聚合物纤维链取向的改善, 纤维质量进一步趋近于“理想的”聚乙烯单晶。

与自上而下法不同, 自下而上法从聚合物的结构单元(单体)入手, 通过聚合手段和条件调控高分子的导热性能, 主要包括模板辅助聚合法 (template- assisted electrochemical polymerization)和化学气相沉积法(chemical vapor deposition, CVD) 等. 模板辅助聚合法是一种制备可控高分子纳米结构的有效策略, 基于这种方法制备的聚噻吩纳米纤维的热导率能够约达到 4.4 W·m–1·K–1, 相当于传统块体聚噻吩热导率的20倍以上[40]. 化学气相沉积法(CVD)广泛用于制备高纯度高性能薄膜的一类技术, 能够有效调控高分子的链结构和形貌, 目前基于化学气相沉积方法制备的聚噻吩薄膜达到了约2.2 W·m–1·K–1的热导率.。

应用举例

（石墨含量对热导率的影响）

导热绝缘胶粘剂：以适合的填料填充的各种环氧改性材料,用固化剂固化的胶粘剂，在电子电气材料领域急需导热绝缘材料时发挥了关键作用。王铁如成功研制出用L-1型填料填充的各种环氧改性,用自制固化剂固化的胶粘剂。其胶的主要性能为:热导率λ=1.14 W/(m·K)(77 ℃);体积电阻率>1012 Ω·m,湿热试验后仍>1012 Ω·m;表面电阻率>1014 Ω·m,湿热试验后仍>1014 Ω·m;电气强度>25 MV/m;粘接强度>500 N/cm2;工作温度(长期) 200～250 ℃。该胶具有多种功能,既可作导热酯,又可作胶粘剂、涂料、灌封料。石红用氮化铝填料改性环氧胶,其热导率为1.20 W/(m·K),体积电阻率 1.34×1012 Ω·m,表面体积电阻率 1.04×1013 Ω·m,击穿电压 9.8 MV/m。另外还有HTW10、GWC导热酯。

导热节能胶粘剂：化工部北京化工研究院研制成功两种TM型胶粘剂。其中TM-Ⅰ型是无机型导热胶粘剂,其主要成分为鳞片状石墨及硅酸盐类无机胶粘剂,该种胶粘剂热导率大,传热效率高,适用温度范围广(-190～370 ℃),TM-Ⅱ型是有机型导热胶粘剂,是以高纯度结晶型石墨为导热材料,以有机高分子物质为粘接剂,并加入其它适量助剂而制成的一种单组分导热材料。该种导热胶粘剂化学稳定性好,强度高,耐水性好,贮存及施工方便,可在-190～190 ℃范围使用。

参考文献

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[3]Shen S, Henry A, Tong J, Zheng R, Chen G 2010 Nat. Nanotechnol. 5 251

[4]李侃社,王琪.导热高分子材料研究进展[J].功能材料,2002(02):136-141+144.

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