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  聚酰亞胺（PI）廣泛應用于微電子、太陽能電池和氣體分離領域。然而，PI本體導熱系數（λ）低，無法適應當下柔性顯示器、折疊屏及柔性可穿戴設備等高效快速的導/散熱要求，嚴重影響其電子元器件的工作穩定性和使用壽命。目前，研究者大多采用填充導熱填料的方法來制備PI基導熱復合膜，但通常需要添加大量的導熱填料方可獲得較為理想的導熱性能，易使其力學性能和加工性能變差。

  西北工業大學化學與化工學院顧軍渭教授“結構/功能高分子復合材料”（SFPC）課題組近期設計合成了具有熱致型液晶行為且液晶區間與固化溫度匹配的液晶聚酰亞胺預聚膜（preLC-PI），進而制備出本征高導熱液晶聚酰亞胺（LC-PI）膜。preLC-PI_IV膜（IV號組分）在液晶區間內固化使其降至室溫后仍保留其液晶織構，分子鏈在微觀上有序，減少了聲子在分子鏈間的散射，顯著提升了PI膜的本征導熱性能。液晶區間內固化的LC-PI_IV膜的面內λ（λ_∥）與面間λ（λ_⊥）分別為2.11 W/(m·K)和0.32 W/(m·K)，高于液晶區間外固化的LC-PI_I膜的λ_∥（0.77 W/(m·K)）與λ_⊥（0.15 W/(m·K)）。通過實際散熱測試與有限元模擬證明了LC-PI_IV膜具有優異的導/散熱能力。此外，本征高導熱LC-PI_IV膜還具備優異的力學性能和熱性能，其拉伸強度、斷裂伸長率、楊氏模量、韌性、玻璃化轉變溫度（T_g）和耐熱指數（THRI）分別高達119.0 MPa、50.3%、2.1 GPa、55.4 MJ/m³、262.4°C和329.3°C，在高集成柔性電子等高發熱量領域展現出潛在的應用前景。

圖1 LC-PI的合成反應示意圖

圖2 升溫過程中preLC-PI膜的偏光顯微鏡照片（a₁~a₅：preLC-PI_I；b₁~b₅：preLC-PI_II；c₁~c₅：preLC-PI_III；d₁~d₅：preLC-PI_IV；e₁~e₅：preLC-PI_V）

圖3 室溫下LC-PI膜的XRD譜圖（a）；室溫下LC-PI_IV膜的POM圖像（b）；LC-PI_IV膜分子鏈微觀有序示意圖（c）

圖4 LC-PI膜室溫下的λ_∥和λ_⊥值（a）；LC-PI膜不同溫度下的λ_∥值（b）和λ_⊥值（c）；LC-PI_IV膜“加熱-冷卻”循環過程中的λ_∥值（d）和λ_⊥值（e）；LC-PI膜表面溫度隨時間變化曲線（f）與紅外熱成像圖（g）；內稟機理示意圖（h）

  該工作近期以“Liquid Crystalline Polyimide Films with High Intrinsic Thermal Conductivities and Robust Toughness”為題發表于Macromolecules（2021, 10.1021/acs.macromol.1c00686）上。第一作者為西北工業大學化學與化工學院2019級博士研究生阮坤鵬同學，通訊作者是西北工業大學化學與化工學院顧軍渭教授。本研究工作得到了國家自然科學基金（51773169和51973173）、廣東省基礎與應用基礎研究基金項目-區域聯合基金（重點項目）、陜西省自然科學基礎計劃杰出青年基金項目（2019JC-11）以及高分子電磁功能材料陜西省“三秦學者”創新團隊的資助和支持。

  論文信息：Kunpeng Ruan, Yongqiang Guo and Junwei Gu*. Liquid Crystalline Polyimide Films with High Intrinsic Thermal Conductivities and Robust Toughness. Macromolecules, 2021, 10.1021/acs.macromol.1c00686.

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.1c00686

  作者簡介： 

  阮坤鵬，男，中共黨員，江蘇揚州人，2019級博士研究生（本科直博）。2019年在西北工業大學獲學士學位，同年加入顧軍渭教授SFPC課題組攻讀博士學位，師從顧軍渭教授。主要從事本征型高導熱聚酰亞胺及其復合膜的結構設計、性能調控及機理研究。參與XXX重點項目1項、廣東省基礎與應用基礎研究基金重點項目1項。以第一作者在Macromolecules, Nano-Micro Lett和Compos Sci Technol等發表SCI論文6篇，SCI引用1170余次，H因子11；申請、公開國家發明專利3件，參加國內學術會議4次。

  顧軍渭，浙江上虞人，西北工業大學化學與化工學院教授、博導，入選英國皇家化學會Fellow、英國材料學會Fellow、世界排名前2‰科學家、陜西省杰青。現任化學與化工學院副院長、無人系統研究院智能材料與結構研究所所長；任陜西省高分子科學與技術重點實驗室副主任；任中國復合材料學會導熱復合材料專業委員會常務副主任、中國化學會高級會員等。2002~2010在西北工業大學獲高分子材料與工程學士，材料學碩士、博士學位；2017年起在理學院、化學與化工學院擔任教授。主要從事功能高分子復合材料（導熱、電磁屏蔽、吸波等）和纖維增強先進樹脂基復合材料（透波、耐燒蝕等）的功能/結構一體化設計制備及加工研究工作。獲2020年度高等學校科學研究優秀成果獎（科學技術）技術發明二等獎（排名2/6）和第四屆中國復合材料學會青年科學家獎。主持國家自然科學基金、GF技術基礎重點項目等國家和省部級重大科技項目20余項。以第一作者和/或通訊作者在ACS Nano, Sci Bull, Macromolecules和Compos Sci Technol等發表SCI論文120余篇（入選第一或通訊作者ESI熱點論文30篇、ESI高被引論文47篇），SCI引用9000余次（H-index為60）。3篇論文入選2018、2019年“中國百篇最具影響國際學術論文”、1篇論文2020年“材料領域10大高被引論文”。在國內外重要學術會議上做邀請、口頭報告16次；任第十一屆亞澳復合材料會議、第四屆中國國際復合材料科技大會和2019全國高分子學術論文報告會等12個重要學術會議分會主席、副秘書長。授權、公開中國、美國發明專利40余件。任J Mater Sci Technol（6.155）、Adv Compos Hybrid Mater（即時因子7.063）副主編，Nano-Micro Lett（12.264）、Mater Today Phys（10.443）、Nano Res（8.183）、Composites Part B（7.635）和Compos Commun（4.915）等編委。