具有高导热性能的氮化硼纳米管/纤维素纳米纤维纳米复合材料

      随着现代电子器件向小型化、高度整合和多功能化发展，电子器件在使用过程中会产生大量热积累，导致电子器件热失效甚至发生爆炸。因此材料的热导性能研究在现代电子领域引起广泛关注。目前，聚合物复合材料可用于提高材料的热导性能。这是由于聚合物的热导率一般较低，通常在0.1-0.5 W m-1 K-1。通过在聚合物中添加高热导性能的无机填料是提高聚合物热导率的常见方法。

      然而，当无机添加剂填充量低于50 wt.%时，实现更高的热导率（大于10 W m-1 K-1）仍存在一定的困难。此外，添加剂填充量过高会导致聚合物复合材料的力学性能下降。因此，实现最小化填充无机添加剂同时达到高热导率仍然是一个艰巨的挑战。当前，有研究表明通过使用高长径比填料，如一维纳米填料（纳米纤维，纳米线和纳米管），可预期克服这一点挑战。这是由于一维纳米填料更容易在复合材料中构建导热网络结构。金属纳米线和碳纳米管（CNTs）可有效提高聚合物材料的导热性。

      然而，金属纳米线和碳纳米管也会增加电导率，这将限制聚合物复合材料在绝缘领域的使用。氮化硼纳米管（BNNTs）除了具有与CNTs的类似物性质如高导热性，高热稳定性，和高弹性模量，还具有电绝缘性，这使得其在导热复合材料领域具有潜在用途。

      然而，在当前的聚合物/BNNTs复合材料作为热导材料的研究中，由于聚合物与BNNTs的分子间作用力较小，从而产生界面高热导阻值，使得聚合物/BNNTs复合材料的热导率仍低于10 W m-1 K-1。为了实现在不破坏BNNTs的前提下，降低聚合物/BNNTs复合材料的界面高热导阻值，本文中的研究人员利用纤维素纳米纤维（CNFs）替代传统聚合物作为聚合物基底，通过CNFs以非共价键形式修饰BNNTs，在CNFs与BNNTs间形成较强的相互作用力且不改变BNNTs的晶体结构。这是由于CNFs可用于分散一维和二维填充剂；其具有天然丰富、可生物降解的特点，可用于替代当前合成聚合物；相比常规聚合物而言，CNFs具有更高的机械强度和较低的热膨胀系数。

      通过简单的真空过滤的方法可制得CNF/BNNT纳米复合材料。当BNNTs填充量为25 wt.%时，该纳米复合材料的热导率可达到21.39 W m-1 K-1。将CNF/BNNT纳米复合材料作为柔性印刷电路板，通过发光二极管有效证明该纳米复合材料的有效热传导性能