随着人工智能、数据中心算力提升等的发展，电子器件向微型化、多功能集成化和高功率密度发展，散热效率成为影响设备可靠性与寿命的关键因素。电子元件表面与散热器接触界面的粗糙间隙中，空气极低的热导率（约0.024 W/mK）严重阻碍热传递。因此，开发高性能热界面材料（TIMs）成为学术与工业界的研究热点，其理想特性需兼具高导热性、电绝缘性和适度机械弹性。目前，绝大多数热界面材料是有机硅体系，包括硅橡胶、硅树脂、硅凝胶、硅膏等，它们具有优异的化学稳定性，物理特性随温度变化不敏感。随科学技术及热管理应用多元化的发展，有机硅体系也面临一些问题，如挥发和渗油问题，会对电子元件产生危害，再加上成本高的限制，因此开发非硅体系的热界面材料具有重要研究意义。

  橡胶弹性体（如天然橡胶NR）因优异的弹性、化学稳定性和绝缘性成为TIMs的候选基材，但其本征导热率极低（~0.2 W/mK）。常规方案是通过填充高导热填料（石墨烯、碳纳米管、氮化硼、氧化铝等）制备复合材料，但通常面临界面热阻、力学性能严重下降等问题，而化学分子改性橡胶效率低、改性效果欠佳。采用多元填料协同或异质结构设计，提升导热路径构建效率，降低界面热阻成为常用的研究思路。目前，NR基复合材料导热率仍低于预期，低填料量下实现高导热存在困难，动态网络设计可赋予TIMs自修复与可回收性，但需兼顾低填料含量和界面优化，且低填料含量下的自修复/可回收性与高导热性的平衡仍是热管理领域的重大挑战。

  基于此，江苏海洋大学李成杰副教授团队提出利用组氨酸（His）作为界面改性反应位点，通过杂化填料与动态网络设计，利用超分子金属配位与动态氢键网络构建高性能天然橡胶纳米复合材料，实现界面相互作用调控与性能协同优化，实现兼具高导热性、自修复与可回收性的天然橡胶基热界面材料的制备。首先在NR胶乳表面修饰His分子引入羧基（-COOH）与咪唑基团，通过His的羧基与纤维素纳米晶（CNCs）的酯化反应制备His@CNCs，在六方氮化硼（h-BN）表面氧化聚合罗丹宁，形成聚罗丹宁包覆层制得功能化h-BN（PBN），将His@CNCs/PBN杂化填料与乙酸锌复合在HNR胶乳基质中，形成多重动态交联网络。天然橡胶热界面材料的力学强度可达2.8 MPa，而断裂伸长率超过1200%，具有良好的物理/化学循环回收性能以及室温自修复性能，在低填充下热导率达1.217 W/m·K，是未改性NR的5.7倍。同时，该热界面材料具有良好的电绝缘性能、热稳定性以及快速的温度响应与光热转换效应，作为热界面材料可使LED芯片温升降幅超7℃，表现出良好的散热能力。该策略为开发下一代多功能热管理材料提供了新思路。

图1 HNR/His@CNCs/PBN纳米复合材料的制备流程示意图

图2 HN NR, HNR, HNR/His@CNCs, HNR/His@CNCs/PBN的水接触角（a），溶解实验（b）和交联密度（c）及交联网络结构（d）

图3 HNR/His@CNCs/PBN回收过程（a）。应力-应变曲线（b），力学性能（c）和SEM图像（d）。化学回收过程（e）和应力-应变曲线（f）。化学回收样品举起500 g重量砝码照片（g）

图4 HNR/His@CNCs/PBN的应力松弛曲线（a，b）。特征弛豫时间Arrhenius方程的拟合（c）。室温自愈1小时的光学显微镜照片（d）。自愈样品的扭转和拉伸样品（e，f）

图5自修复NR, HNR/His@CNCs and HNR/His@CNCs/PBN-5wt%的应力-应变曲线（a-c）。自修复机理（d）

图6 HNR/His@CNCs/PBN的热导率和热扩散系数（a）。热传递示意图（b）。回收三次后的导热系数（c）。红外热成像（d）和加热-冷却的相应温度演变（e）。模拟太阳光照射的红外成像及温度曲线（f，g）

图7 HNR/His@CNCs/PBN的体积电阻率（a）和热稳定性（b）。OIT曲线（c）。TIM性能测量装置示意图（d）。TIM性能测量系统的实验设置和配置示意图（e），相应的红外图像（f）。LED芯片温度随运行时间变化（g）

  相关研究工作以“Malleable, Self-healing and Highly Thermally Conductive Interface Material Enabled by Interfacial Network for Thermal Management”为题发表在材料学期刊ACS Applied Materials & Interfaces（2025，10.1021/acsami.5c09314）。江苏海洋大学环境与化学工程学院李成杰副教授为第一作者和通讯作者，硕士研究生Ma Shichao为第二作者。此研究工作得到中国博士后科学基金、江苏省自然科学基金等项目的资助。

  近年来，江苏海洋大学高性能与功能高分子课题组通过分子结构设计、填料-基体动态界面交联、异质填料杂化、三维骨架构建等策略在导热三元乙丙橡胶、天然橡胶弹性体复合材料、相变热管理材料等的加工、制备与应用领域取得了进展，相关研究成果在ACS Sustainable Chemistry & Engineering，Applied Thermal Engineering，Sustainable Materials and Technology，Polymer Degradation and Stability，Chinese Journal of Polymer Science等期刊发表。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.5c09314