先进材料和电子器件等交叉学科的快速发展，对兼具热管理和阻燃性能的多功能复合材料提出了严峻挑战。

福州大学等研究团队提出了一种由氮化硼导热骨架和苯并噁嗪阻燃剂构成的3D蜂窝结构，并以此构建了兼具导热性和阻燃性的双功能环氧树脂复合材料。该3D复合材料的面外导热系数达到2.64 W/mK，相比纯环氧树脂提高了1167%。热阻抗从66.37 Kcm² W⁻¹降低至4.16 Kcm² W⁻¹ ，展现出优异的导热和散热性能。

此外，通过优化环氧树脂复合材料的阻燃性能，发现了一种新型的3D空间阻隔效应。该3D复合材料的极限氧指数（LOI）值为41.3%，并达到了UL-94垂直燃烧V-0级。峰值放热速率、总放热量、峰值产烟速率和总产烟量分别降低了58.2%、40.7%、45.7%和26.1%。

这项工作还展示了3D复合材料在LED芯片散热中的热管理应用，以及其在聚合物锂离子电池封装中作为阻燃剂的潜在应用，为设计具有双重效应集成的聚合物复合材料提供了有价值的见解。

图览

图1：制备三维OH-BN/EP/DED导热阻燃双功能复合材料。(a) 三维OH-BN的导热蜂窝结构及热流路径模型。(b) 苯并二嗪类阻燃剂DED的合成机理。(c) 用于合成DED阻燃中间体的DE数码照片。(d) 用于苯并噁嗪类阻燃剂的DED数码照片。(e) 具有导热和阻燃双重协同效应的三维OH-BN/EP/DED复合材料的制备过程。

图2：(a) 中间体DE的FT-IR光谱。(b) 阻燃剂DED的FT-IR光谱。(c) DE和DED的¹H NMR谱图。(d) DED、EP和EP复合材料的³¹P NMR谱图。(e) TGA曲线和(f) DTG曲线。(g) 3D OH-BN蜂窝骨架结构的SEM图像。(g1) 3D OH-BN内部骨架的SEM放大图像。(h) OH-BN内部孔隙的SEM图像。(h1) OH-BN内部壁的SEM放大图像。(i) 3D OH-BN/EP/DED横截面的SEM图像。(i1) 3D OH-BN/EP/DED放大后的横截面填充状态的SEM图像。

图3：对3D OH-BN/EP/DED复合材料的热导率和散热性能测试表明，其具有优异的热管理能力。(a) 热导率和热阻测量原理示意图。(b) EP和EP复合材料的热导率。(c) EP和EP复合材料的热导率增强。(d) 本研究与先前报道的BN/EP复合材料的热导率和阻燃性能的比较。(e) 热阻抗。(f) 3D结构和非3D结构样品的热阻抗随时间变化的曲线。(g) 表面温度上升和冷却曲线。(h) 红外热成像图。

图4：3D OH-BN/EP/DED复合材料的阻燃性能测试。(a) 不同结构与商用阻燃剂APP的极限氧指数(LOI)测试。(b) EP复合材料的UL-94测试。复合材料的锥形量热仪测试：(c) 热释放速率(HRR)曲线，(d) 总热释放量(THR)曲线，(e) 烟气生成速率(SPR)曲线，(f) 总烟气生成量(TSP)曲线，(g) CO和CO₂释放量。(h) 将本文研究的EP复合材料与先前报道的EP复合材料的综合阻燃性能进行比较。

图5：EP和3D OH-BN/EP/DED复合材料的残炭分析。(a‒d)纯EP、EP/20% DED、RD OH-BN/EP/DED和3D OH-BN/EP/DED的残炭数码照片。(e)不同EP复合材料残炭的表面SEM图像。(f)3D OH-BN/EP/DED残炭的内部SEM图像和(g)放大图像。(h)表面EDS图像。(i)内部EDS图像。(j)微观结构示意图。(k)3D OH-BN/EP/DED的拉曼光谱，(l,m)XPS (P2p, B1s)降解挥发物。(n)三维热重-红外耦合光谱。(o)不同温度下挥发物的红外光谱和(p)局部放大图。

图6：三维OH-BN/EP/DED复合材料中导热性和阻燃性的双重效应集成机制。(a) 三维传热路径；(b) 三维OH-BN/EP/DED复合材料微观结构层面的导热机制；(c) 三维OH-BN/EP/DED复合材料中阻燃元素与三维BN空间屏障协同作用的机制图；(d) 三维OH-BN骨架经两次点燃后的自熄能力。

图7：复合材料的电绝缘性能和力学性能。(a) 高频介电常数和介电损耗。不同复合材料。(b) 体积电阻率和击穿电压强度。(c) 弯曲强度和弯曲模量。(d) 冲击强度。

图8：3D OH-BN/EP/DED复合材料的热管理和阻燃应用。(a‒c) 散热应用装置及模型。(d) 温度演变曲线和红外热成像图。(e) LED芯片稳态温度随功率密度的变化。(f) 3D OH-BN/EP/DED的循环热冲击实验。(g) 聚合物锂离子电池器件的数码照片；(h) 3D OH-BN/EP/DED封装的锂离子电池的数码照片。(i) 纯锂离子电池和(j) 3D OH-BN/EP/DED封装的锂离子电池的燃烧视频截图。(k,l) 相应的燃烧测试结果的数码照片。