随着微电子器件的高度集成和小型化，迫切需要先进的热界面材料来更有效地解决运行中的热管理问题。聚合物基材料因其优异的柔韧性、轻质、优异的加工性能和低成本而在高功率微电子器件的热管理领域引起了广泛的关注。具有高导热性的填料增强的聚合物纳米复合材料由于其优异的机械适应性、突出的加工性能和优异的柔韧性，在下一代电子器件的热管理方面显示出广阔的前景。然而在低负载情况下保持复合材料柔性的同时实现高导热率仍然是一个挑战，一个主要原因是填料颗粒之间的界面热阻严重阻碍了纳米复合材料导热率的进一步提高。本研究提出结构焊接策略来提升纳米复合材料的热导率，通过实验加模拟研究复合材料内部微观界面的热传输行为。以碳纳米管（CNT）网络作为导热填料，通过碳源浸渍和热退火策略构建了由不同石墨结构（GS）焊接的CNT网络（GS-w-CNT）。将其与聚二甲基硅氧烷纳复合后，系统地研究GS与CNT界面焊接后对CNT纳米复合材料热导率的影响。同时进行分子动力学模拟，对界面焊接的GS与CNT网络结构之间的界面热阻，界面结合能以及声子耦合进行了探究。

  近日，天津大学封伟教授领导的FOCC团队联合香港中文大学（深圳）郑庆彬教授和香港理工大学沈曦教授通过分子动力学模拟和实验探究了微观焊接结构对复合材料热导率的影响机理。通过对三维碳管网络的连接界面进行桥连焊接，并对其焊接程度进行调控，构建出了一系列不同焊接程度的杂化三维导热网络（GS-w-CNT）。实验结果显示，由沉积在碳管网络的骨架上聚酰亚胺层高温碳化后转变来的高结晶性石墨结构（GS），将不连续的CNT网络桥接成了三维互相连接的GS-w-CNT结构。并且随着聚酰亚胺引入的量的增加，GS-w-CNT结构的完整性得到了提高，显著增强该结构的机械性能。同时，通过封装柔弹性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）获得了GS-w-CNT/PDMS高导热复合材料。GS-w-CNT网络的嵌入使得PDMS基体在6.52 wt%的低填料负载量下表现出5.58 W m^-1 K^-1 的热导率，比原始CNT/PDMS高出4.1倍。另一点值得注意的是随着焊接的GS量的增加，GS-w-CNT网络的完整性的提高使GS-w-CNT/PDMS导热效率从423%增加到523%.

图7.不同GS含量对CNT面内和面外声子振动功率谱的影响。

该工作近期以“Microstructural Welding Engineering of Carbon Nanotube/Polydimethylsiloxane Nanocomposites with Improved Interfacial Thermal Transport”为题发表在期刊Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202311906)上，张飞副研究员和博士生孙雨铉为文章共同第一作者，天津大学FOCC团队封伟教授、香港中文大学（深圳）郑庆彬教授和香港理工大学沈曦教授为论文通讯作者。该项研究受到国家自然科学基金重点项目的支持。

  全文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202311906