Page 38 - 《精细化工》2021年第10期
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·1968· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷
构建长程连续的导热路径使热量有效沿“BNNSs 网 合物基复合材料的导热理论研究和加工工艺优化等
络”传递，达到定向导热和提高导热效率的目的 [69] 。 方面，这也为未来的研究提供了方向：
BNNSs 定向排列主要采用冷冻干燥 [70] 、磁场定向、 （1）BNNSs 的制备方法多样，但每种方法存在
静电纺丝、机械定向 [34,44] 等方法实现。 一定的局限性，如实验条件严苛、产量低、成本高
定向冷冻干燥方法是利用沿温度梯度凝结的冰 等。BNNSs 的晶体缺陷和纵横比直接影响自身导热
晶实现 BNNSs 的定向排列。WANG 等 [71] 采用纳米 性能，产量也是评价大规模制备可行性的主要因素，
纤维素（CNF）辅助单向冷冻干燥的方法制备相互 三者主要受 BNNSs 制备方法的影响。因此需要针对
垂直且各向异性的 3D 导热网络（3D-Aniso-BNNSs）， 以上问题，改进或结合现有制备方法，并在此基础
并制备了 EP/3D-Aniso-BNNSs 复合材料，在相同条 上尝试探索新的制备方法。
件下，其导热率高于非定向 BNNSs 复合材料的导热 （2）BNNSs 与聚合物基体的相容性决定了
率，当填料体积分数为 4.4%时，复合材料的导热率 BNNSs 在基体中的含量，从而影响了复合材料的导
为 1.56 W/(m·K)。 热性能。对 BNNSs 的改性修饰可以提高两者的相容
磁场辅助定向方法是使金属粒子与 BNNSs 结 性，但在改性的过程中通常使用有毒的溶剂或存在
合，利用磁场实现定向排列。YUAN 等 [72] 用 PDDA 改性效果不稳定的缺点。需要开发简单绿色和高效
涂覆在 FeCo 纳米立方体表面制得 FeCo@PDDA， 可靠的 BNNSs 改性方法。
带正电的 FeCo@PDDA 与带负电的 BNNSs 通过静 （3）BNNSs 在基体中良好的分散性是构建定向
电相互作用结合，利用磁场实现定向制备具有高导 导热网络的基础。目前构建定向导热网络的方法存
热性能的复合材料，当 FeCo 质量分数为 30%、 在依赖设备和定向效果不理想的缺点。如何简单有
BNNSs 质量分数为 50%时，复合材料的导热率为 效地构建连续定向排布的导热网络是未来研究的重
2.25 W/(m·K)。 要方向。
静电纺丝方法是通过 BNNSs 和聚合物纤维的 （4）加强声子传输和界面热阻的理论研究，优
规律排布实现定向。YANG 等 [47] 比较了溶液混合、 化导热模型的动态模拟，改进 BNNSs 热传导测试技
冷冻干燥、静电纺丝 3 种方法制备 BNNSs/PVA 复合 术，精准测量单层 BNNSs 的导热率。不仅从填料的
膜的导热性能。静电纺丝法制备的定向 BNNSs/PVA 角度出发，还要考虑聚合物基体中聚合物链分布和
复合膜的导热性能最佳。BNNSs 的质量分数为 30% 结晶度对复合材料导热率的影响，需要进一步研究
时，复合材料的面内导热率为 18.63 W/(m·K)，面外 BNNSs 和制备过程中温度、压力、混合时间等工艺
导热率为 1.03 W/(m·K)。 参数对聚合物结晶度的影响。
机械定向方法是利用剪切力实现 BNNSs 的定 参考文献
向排列。CHEN 等 [48] 采 用刮膜法制备了定向的
[1] QIAN C, GHEITAGHY A M, FAN J J, et al. Thermal management
BNNSs/CNF 薄膜。当 BNNSs 质量分数为 50%时， on IGBT power electronic devices and modules[J]. IEEE Access,
定向处理的薄膜的面内导热率是 24.66 W/(m·K)，非 2018, 6: 12868-12884.
定向处理薄膜的面内导热率为 8.61 W/(m·K)。除了 [2] YANG X T, LIANG C B, MA T B, et al. A review on thermally
conductive polymeric composites: Classification, measurement,
上述提到的方法，LIANG 等 [73] 利用 3D 打印过程中
model and equations, mechanism and fabrication methods[J]. Advanced
丝状油墨在喷嘴处挤压产生的剪切力使 BNNSs 构 Composites and Hybrid Materials, 2018, 1(2): 207-230.
建沿垂直方向定向排列的导热路径。选用泊洛沙姆 [3] YIN J, LI J D, HANG Y, et al. Boron nitride nanostructures:
Fabrication, functionalization and applications[J]. Small, 2016, 12(22):
溶液（pluronic F-127）作为黏结剂来调节油墨的流
2942-2968.
变性能和保水性，并在打印干燥的过程中形成良好 [4] PAKDEL A, BANDO Y, GOLBERG D. Nano boron nitride flatland[J].
的支撑。实验制备的垂直定向 BN 柱沿平面的导热 Chemical Society Reviews, 2014, 43(3): 934-959.
[5] YING H, MOORE A, CUI J, et al. Tailoring the thermal transport
率为 5.65 W/(m·K)，将 BN 柱封装在聚二甲基硅氧
properties of monolayer hexagonal boron nitride by grain size
烷（PDMS）中制备 BNNSs/PDMS 复合材料，其沿 engineering[J]. 2D Materials, 2020, 7(1): 015031.
平面方向的导热率是非定向 BNNSs/PDMS 的 2.2 倍， [6] ZHANG K L, FENG Y L, WANG F, et al. Two dimensional
是纯 PDMS 的 8.3 倍。 hexagonal boron nitride (2D-hBN): Synthesis, properties and
applications[J]. Journal of Materials Chemistry C, 2017, 5(46):
11992-12022.
5 结语及展望 [7] SHEN L T, ZHAO Y D, WANG Y, et al. A long-term corrosion
barrier with an insulating boron nitride monolayer[J]. Journal of
随着 BNNSs 作为填料在导热领域的深入研究， Materials Chemistry A, 2016, 4(14): 5044-5050.
仍面对许多问题和挑战，主要体现在 BNNSs 改性聚 [8] TRAN T T, ELBADAWI C, TOTONJIAN D, et al. Robust multicolor
