姚亚刚教授课题组在热管理材料领域最新进展: 面向先进热管理应用的创新性软复合材料

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电子设备正朝着微型化、集成化和智能化方向发展，这要求采用高效的热管理技术来提升系统性能与可靠性。这一需求在软体机器人、电子皮肤、可穿戴设备和柔性显示器等新兴领域尤为突出，这些领域不仅需要材料具备高效传热能力，还要求其保持柔软可拉伸的机械顺应性。然而，大多数软质材料由于非晶态结构及声子散射效应，通常表现出较低导热率。以聚合物为例，其典型导热系数仅为0.1–0.5 W m-1 K-1。目前研究主要通过引入高导热填料（如石墨烯、碳纳米管、氮化硼纳米片、氮化硼纳米管和MXenes）来改善聚合物复合材料的导热性能。但高填料负载量往往导致材料机械刚度增加、可拉伸性下降，因此设计出兼具高导热性与机械顺应性的软质复合材料仍是一个重大挑战。

近日，南京大学姚亚刚教授课题组提出了一种非共价组装策略，通过多酚介导的液态金属（LM）与石墨烯（GN）二元填料（即LM-TA-GN）嵌入聚氨酯（PU）基体，开发出新型软质复合材料（PULG）。天然多酚（如单宁酸，TA）具有丰富的疏水性芳环和亲水性酚羟基，能在复合材料内部形成多重界面超分子相互作用。LM-TA-GN颗粒与PU链之间的这种相互作用至关重要，使材料同时具备卓越的导热性能和机械顺应性。此外，该复合材料还表现出强的宽带光吸收能力与出色的光热转换效率，在普通日光和808 nm近红外激光照射下均能有效发挥作用。这一研究成果突破了传统材料在高导热性与机械顺应性之间的权衡限制。同时，该设计策略也为需要功能集成的先进热管理材料开辟了新路径。

图1. 图1. PULG复合材料的化学结构及设计理念。a) PULG复合材料纳米结构示意图。b) PULG复合材料界面超分子相互作用示意图。c) PULG复合材料在热管理应用中的多功能性示意图。

图2. PULG复合材料的结构表征。

图3. PULG复合材料的机械性能。

图4. PULG复合材料的导热性能。

图5. PULG复合材料的光热性能。

该成果以“Noncovalent Soft Composites with Superior Thermal Conductivity and Photothermal Efficiency for Advanced Thermal Management” 为题，发表在期刊Nano Letters上。南京大学现代工学院2021级博士研究生何绪华为论文第一作者，姚亚刚教授为论文的通讯作者。南京大学现代工学院李朝升教授、魏辉教授和王学斌教授课题组对本研究工作的实验测试提供了重要支持。本研究得到了国家重点研发计划（2024YFE0109200）、中央高校基本科研业务费专项资金（2024300440）以及广东省基础与应用基础研究基金（2025A1515011098）的资助。同时也得到了南京大学固体微结构物理国家重点实验室、现代工程与应用科学学院、江苏省人工功能材料重点实验室、微结构科学与技术协同创新中心、南京大学深圳研究院的大力支持与帮助。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c01391

网址：姚亚刚教授课题组在热管理材料领域最新进展: 面向先进热管理应用的创新性软复合材料 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/1094773

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