天津大学封伟教授团队以《Three-dimensional Interconnected Networks for Thermally Conductive Polymer Composites: Design, Preparation, Properties, and Mechanisms》为题在Materials Science & Engineering: R: Reports（IF=26.625）杂志上发表综述文章，全面介绍了三维导热网络的构建及在制备聚合物基导热复合材料方面的研究。
开发高导热聚合物复合材料已经成为热管理领域的一个研究热点。高功率、高集成度电子器件等领域的快速发展，对高效热管理系统要求越来越高。而高性能热界面材料作为热管理系统的关键材料，要求具有轻质、高导热、高稳定性和弹性等性能。
传统导热材料如金属、无机导热材料有质量大、柔性差等缺点，导热聚合物的应用发展正不断向高导热材料领域渗透。将聚合物与高导热填料复合是制备导热聚合物复合材料的一个简单、高效的策略。对于具有重要的意义，以三维连续网络作为填料与聚合物复合，可以提高复合均匀性以及减少声子界面散射，有效提高复合材料导热效率。
本征型导热聚合物
通过调控聚合物分子链提高热导率
聚合物分子链的无序性和分子链间相互作用弱是导致聚合物热导率低的主要原因，聚合物链的非晶态结构和随机振动极大地降低了声子的平均自由程，造成大量的声子散射。通过提高聚合物的结晶度、改善聚合物链的取向性、增强分子链间的相互作用，可以有效地改善声子在聚合物链上的传递，从而提高聚合物的热导率。目前，增强分子链的排列和结晶度的最常用方法是拉伸形成聚合物纤维或薄膜，这种特殊的形态限制了其实际应用。在大范围内对聚合物的结晶度和分子链取向进行调控仍然是一个难以解决的问题。
分散填料型聚合物导热复合材料
大量填充导热填料以提升聚合物的热导率
聚合物的导热性能可通过直接填充导热填料来改善，但其往往需要极大的填充量才可以达到理想的热导率，同时还需要解决填料的分散性和界面相容性问题。复合材料的低填料含量其热导率值改善较差，而高填料含量会削弱聚合物的加工性能和力学性能。
预制三维网络型导热聚合物复合材料
三维导热网络提升聚合物热扩散性能
在制备高性能导热复合材料方面，相比于分散的填料颗粒，三维网络的连通结构具有较小的界面热阻，更具有优势。首先，预构建的三维连续导热网络可以保证填料在聚合物基体中均匀分散，克服填料制备过程中团聚的缺点。其次，聚合物中相互连接的填料网络提供了更多的传热通道，并通过降低界面热阻的负面影响来增加热导率。第三，三维网络的预构建使取向性调控更加容易。
三维石墨烯导热网络
三维石墨烯网络的构建方法
三维石墨烯网络构建方法包括化学气相沉淀（CVD）、电化学、氧化石墨烯(GO)网络还原、自组装、三维打印、模板法等。石墨烯晶体质量、结构取向及网络密度影响聚合物复合材料的热导率。
三维碳纳米管导热网络
碳纳米管气凝胶中的界面热阻
增强碳纳米管之间连接构建连续网络
三维碳纳米管网络主要包括碳纳米管阵列和碳纳米管气凝胶。碳纳米管阵列高取向性使其在制备定向高导热复合材料方面具有极大的优势。由于个体碳管之间存在的界面热阻，三维的碳纳米管气凝胶热导率较差，提高碳管之间的界面连接，是提升其热导率的关键。
三维氮化硼导热网络
氮化硼的电绝缘性使其在在微电子方面的热管理领域具有重要的应用价值。氮化硼纳米片的自组装或CVD原位生长可构建三维氮化硼骨架。氮化硼复合材料的骨架密度应足够高，可提供足够数量的传热通道。调整氮化硼网络的取向方向可以控制热传导复合材料中不同方向的热导率值。
其他三维导热网络
常用的三维导热网络包括金属导热骨架、金刚石导热网络、碳化硅网络、氧化铝网络及杂化导热网络等。
复合材料中原位构建三维导热网络
在制备聚合物复合材料过程中原位构建互连的填料网络是另一种简单和可行的方法。通过导热填料涂覆聚合物颗粒，再利用热压成型工艺，实现导热填料在聚合物基体中形成三维连续结构。但完全包覆的填充颗粒会造成复合材料中形成不连续的聚合物相，从而影响宏观材料的力学性能。
原位构建复合材料中连续网络
对比不同三维网络填料与分散填料对复合材料热导率的影响
信息来源：高分子科技
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