基于界面交联的仿生聚合物复合材料
近日，来自中国湖南大学和中国科学院深圳先进技术研究院的研究人员发布了一项突破性研究，提出了一种仿生聚合物复合材料，结合了高粘附性、抗疲劳性能和高界面热导率（ITC）。这一研究成果不仅为电子包装、柔性电子设备及电池等高性能材料的设计提供了新思路，还为高效热管理和可靠的长期应用提供了解决方案。
材料设计与创新亮点
该研究灵感来源于生物组织，尤其是肌腱与骨骼之间的粘附结构，提出了一种通过界面交联增强粘附性和热导率的策略。研究人员选择了聚丁二烯（polybutadiene）与铝（Al）作为模型复合材料，通过引入硼酸酯进行界面交联，形成了牢固的共价键，从而大幅提高了复合材料的粘附性和界面热导性。
研究表明，该复合材料表现出极高的粘附强度（12.07 MPa）和优异的粘附能量（5885.85 J/m²）。更重要的是，材料展示了卓越的抗疲劳性能，其粘附疲劳阈值达到了1377.23 J/m²，远超传统聚合物材料。
TDTR技术的应用与贡献
为了深入分析该复合材料的热传导性能，研究团队采用了时域热反射（TDTR）技术进行实验。TDTR是一种高精度的非接触式热特性测量方法，能够有效评估薄膜及异质结构材料的热导率和界面热导。该方法通过超短激光脉冲激发材料表面，并测量反射光的变化来反演热脉冲的传播，通过数据拟合来获得材料的热导数值。
在本研究中，TDTR技术的应用主要集中在以下几个方面：
界面热导率的测量：通过TDTR测试，研究人员成功测得复合材料与铝基底之间的界面热导率为118.4 MW/m²·K。这一数值显示了该复合材料在热管理方面的优异性能，特别是在电子设备散热方面的应用潜力。
热特性与粘附性能的关联：研究还发现，复合材料的界面热导率与其粘附疲劳阈值之间存在显著的线性相关性，进一步证实了高热导性和良好的粘附性能在该复合材料中的协同作用。
与传统材料的对比：通过与市面上常见的热界面材料（TIMs）进行比较，研究表明，采用该新型复合材料的热管理性能显著优于传统的商业TIMs，尤其在高功率密度的应用中，能够有效降低芯片温度。
TDTR设备和技术细节
在此研究中，所使用的TDTR系统由Aunist（昊远精测）提供，型号为PIONEER-ONE，配备飞秒激光器（波长1064 nm，脉冲宽度100 fs，重复频率80 MHz），能够精确测量薄膜和界面的热传导特性。该设备为复合材料热性能的研究提供了强有力的技术支持。
实际应用前景
该研究成果不仅提升了聚合物复合材料的热管理能力，还展示了其在实际应用中的广泛潜力。通过优化复合材料的设计，可以有效解决电子设备、软电子以及电池系统中的热管理问题。研究人员还指出，这一技术方案为未来高性能粘合剂和热导复合材料的开发提供了新的视角，并期待能在实际应用中进一步验证其可靠性和性能。
总结
通过结合仿生学原理和先进的界面交联技术，本研究成功开发出了一种具备高粘附性、抗疲劳性能和卓越热导性的聚合物复合材料，为高效热管理提供了创新解决方案。利用TDTR技术对界面热导率的精确测量，进一步验证了该复合材料在热传导方面的优势。随着电子设备对热管理需求的不断提升，这一研究为未来相关技术的进步奠定了坚实的基础。
