首先，研究团队以聚合物规则微球为基体，以低熔点合金（SnBi58）作为功能填料，分别在热塑型聚偏氟乙烯（PVDF）及热固性环氧（EP）基体中构建了连续的合金微观网络结构。合金含量为50 vol%的PVDF/SnBi58复合材料，其导热系数达6.38 W/mk，电磁屏蔽效能为68.79 dB。在环氧基体中，借助低熔点合金固-液相变行为，SnBi58合金作为一种“粘结剂”，解决了热固性环氧树脂难以通过热压加工成型的问题。此外，合金颗粒将多个环氧微球包围形成环形网状结构，有效提高了环氧基体的导热系数及电磁屏蔽效能。
之后，充分利用低熔点合金填料在聚合物基体中能实现刚性粒子和可变形液滴两种存在状态之间的转换，以及SnBi58合金和石墨烯之间的良好声子功率谱的匹配，同时提高了PVDF/石墨烯（Gr）膜的水平与垂直方向的导热系数。具有4.8 vol％石墨烯和10.0 vol％LMPA（低熔点合金）的PVDF@4.8Gr/10LMPA复合材料表现出面内导热系数为9.41 W/mK，面外导热系数为0.35 W/mK，与PVDF@4.8Gr复合材料相比，分别增加约245％和130％。
研究人员分别采用不同粒径的聚合物微球、不同特性的低熔点合金及不同加工温度，考察了隔离结构形成的关键影响因素及其与性能的关联规律。结果表明，合适的模压加工温度和微球/合金颗粒的尺寸匹配性决定了微观隔离网络结构的形成和导热性能。SnBi17Cu0.5合金因其与聚合物基体尺寸的匹配性较高，从而达到了最低的界面热阻和最优的导热性能；小尺寸聚合物微球有利于微观导热通道的致密化和界面热阻的降低，也更有利于提高复合材料热导率。
低熔点合金优异的导电/导热特性实现了聚合物基体导热与电磁屏蔽功能的一体化制备，且其固液相变行为进一步满足了高效的微观结构设计和易加工需求。该方法利用了低熔点合金的加工优势及功能特点而获得了高性能复合材料，工艺简单、成本低廉，易于规模化。
研究工作得到国家重点研发计划、中科院STS重点项目等的支持。
|
|