近日，昆明理工大學化學工程學院磷化工團隊與西北工業大學SFPC課題組合作，在高性能導熱、阻燃高分子材料研究方面取得重要進展，相關研究成果以“Highly Thermally Conductive and Flame-Retardant Waterborne Polyurethane Composites with 3D BNNS Bridging Structures via Magnetic Field Assistance”為題在著名學術期刊Nano-Micro Letters（1區Top期刊）發表。
現代精密電子元器件的快速發展對電子封裝材料的熱管理性能提出了新的挑戰。氮化硼納米片（BNNS）具有優異的絕緣性能和面內導熱性能，已經被廣泛應用于熱管理材料的增強填料。然而，BNNS的橫向熱導率較低，開發精確控制其在基材中排布微結構的方法，優化熱傳導通路的微觀結構設計充分發揮BNNS導熱增強能力，對于滿足現代電子設備對高效散熱管理和熱失控安全需求至關重要。
基于此，本研究開發了一種具有三維導熱網絡的復合材料（Ho/U-BNNS/WPU），通過同時引入磁性改性氮化硼納米片（M@BNNS）和非磁性有機接枝氮化硼納米片（U-BNNS）至水性聚氨酯（WPU）中，并在水平磁場下同步成型得到復合材料。研究結果表明，由M@BNNS沿磁場方向排列形成的連續面內導熱通路，結合U-BNNS所構建的橋接結構，使Ho/U-BNNS/WPU復合材料表現出優異的面內（λ//）和面間（λ⊥）導熱性能。尤其是，當M@BNNS和U-BNNS的添加量分別為30 wt%和5 wt%時，復合材料的λ//和λ⊥分別達到11.47 W/(m·K)和2.88 W/(m·K)，其中λ⊥較單一面內取向復合材料提升了194.2%。同時，Ho/U-BNNS/WPU作為LED和芯片的熱界面材料展現出卓越的熱管理能力。此外，該復合材料還表現出優異的阻燃性能，其熱釋放速率峰值和總熱釋放量相較于純WPU分別降低了58.9%和36.9%。因此，本研究為高分子復合材料的導熱結構構筑及高效阻燃體系設計提供了新思路，在電子封裝領域展現出廣闊的應用前景。
論文第一作者為磷化工團隊姜豪博士，通訊作者為磷化工團隊謝德龍教授和西北工業大學顧軍渭教授。該研究工作得到了國家自然科學基金（22268025）和云南省重點研發計劃項目（202403AP140036）和云南省基礎研究計劃項目（202201AT070115, 202201BE070001-031）等基金，以及云南省磷化工節能與新材料重點實驗室和云南省環境友好高分子國際聯合實驗室等平臺的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s40820-025-01651-1
