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  隨著器件集成度的提高和使用環境的日益復雜，熱界面材料在實際應用中往往面臨著界面接觸差、應力集中等問題。這些問題容易導致材料發生不規則變形、熱膨脹和擠壓，甚至出現振動，從而造成溫度梯度過大和局部溫度過熱的情況。這不僅會導致界面層分離、熱控制失效和工程失效。因此，為了確保良好的散熱效果，我們需要設計一種能夠自動適應應用環境、與不規則、粗糙和動態的接觸表面實現緊密貼合。同時，在不同的溫度場中，這種材料還需要保持良好的快速熱疏導能力。新型柔彈性導熱材料將成為解決這一問題的重要策略之一。通過構筑定向的石墨烯垂直陣列與液態金屬雙連續導熱通路，并且合理設計具有超低模量，高變形性的刷形聚合物，可以提供解決高導熱-低模量難以兼顧的新策略。

  近日，天津大學封偉教授領導的FOCC團隊設計合成了一種高性能聚合物基軟彈性的導熱復合材料。首先，首先通過真空輔助工藝將垂直排列的石墨烯氣凝膠（VGA）與刷形聚二甲基硅氧烷（BPDMS）復合，結合激光刻蝕技術在VGA/BPDMS材料表面設計了相互連接的液態金屬網絡路徑，制備了圖案化液態金屬/石墨烯氣凝膠/刷狀聚二甲基硅氧烷復合材料（LM-VGA/BPDMS）（圖1a）。引入低彈性模量的刷狀聚合物賦予LM-VGA/BPDMS卓越的彈性和柔軟性。液態金屬的網絡路徑具有優異的導熱性和可變形性，極大地提高了LM-VGA/BPDMS復合材料與加熱器/散熱器接觸時的熱傳遞性能。所制備的LM-VGA/BPDMS復合材料與最先進的商業TIMs相比在靜態和動態界面熱傳遞能力方面的優越性。本文研究結果為可重復使用的高性能TIMs的構建提供了深入的見解，這在動態界面熱管理和復雜環境中的熱感應等領域具有重要的潛在應用價值。

1 材料合成及表征

2 力學性能

圖2. 刷型聚二甲基硅氧烷及LM-VGA/BPDMS的力學性能

（3） 雙連續導熱網路的導熱性能

（4） 動態熱管理

圖4. LM/VGA/BPDMS復合材料的動態熱管理能力

5 不規則界面傳熱及熱傳感

圖5. LM/VGA/BPDMS復合材料不規則界面傳熱性能及熱感知應用

  因此本文結論如下：

  1) 通過構筑垂直定向石墨烯和定向連續液態金屬網絡的雙重熱傳導網絡， N-LM-VGA/BPDMS復合材料表現出高效的熱傳遞性能，包括高導熱率（κ_⊥ = 7.11 Wm^–1K^–1和κ_// = 4.47 Wm^–1K^–1）和低熱接觸阻力（R_c = 14.1 Kmm²W^?1, 0.04 MPa）。

  2) 得益于刷狀聚二甲基硅氧烷的可變形性、超軟彈性和低模量，N-LM-VGA/BPDMS能夠承受高彈性應變（壓縮率高達60%）并具有極低的彈性模量（低至10.13 kPa）。因此，N-LM-VGA/BPDMS復合材料不僅在與商業TIMs相比表現出優異的散熱效率，而且在壓力控制下還展現出高效穩定的多級散熱和動態界面散熱。

  3) 此外，憑借其優異的適應性、柔軟性和回彈性，制備的復合材料在多種不規則界面之間的熱傳遞中具有可重復使用的潛力。基于其優異的熱傳遞性能和非殘留性能，該復合材料在批量芯片溫度檢測和熱感應元件方面具有巨大的應用潛力。

  相關研究成果近期以“Patterned liquid metal embedded in brush-shaped polymer for dynamic thermal management”為題發表在期刊Materials Horizons上。天津大學材料學院博士生何青霞為論文第一作者，封偉教授與國家級青年人才秦盟盟研究員為論文通訊作者。該項研究受到國家自然科學基金重點項目的支持。

  原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/mh/d3mh01498c