六方氮化硼（h-BN）具有优异的导热性能和绝缘性能，在电子热管理领域得到了广泛的关注。然而，由于界面热阻难以克服，h-BN增强聚合物复合材料的热导率与预期相差甚远。为了实现聚合物复合热界面材料的高导热性，采用原位剥离法制备了氮化硼-石墨烯（BNNS-Gr）杂化填料。加入聚乙二醇（PEG）基体后，复合材料的导热性能在保持电绝缘的前提下得到显著提高。此外，还构建了以该杂化填料为原料的三维导热框架。通过真空浸渍法引入聚乙二醇（PEG）后，这种有序结构有效地解决了相变复合材料在实际工作条件下的泄漏问题，并在10 vol%时显示出2.45 W m^-1 K^-1的增强导热性，以及优异的电绝缘性、形状稳定性和循环稳定性。修正的Hashin–Shtrikman模型和Foygel非线性模型证明了石墨烯与BN的复合降低了无序和有序体系的界面热阻。这表明原位剥离法是制备纳米填料降低复合材料界面热阻的有效方法。
 
 
图1. （a） BNNS-Gr的具体制备图。（b）BN的SEM图像。（c）石墨的SEM图像。（d） BNNS-Gr的AFM图像和插图中显示的高度信息。蓝色插图显示BN、石墨和BNNS-Gr水分散体。
 
 
图2. BNNS-Gr（a）中红色矩形的TEM图像（a）和高分辨率图像（b）（c）（b）的FFT图像。（d） BNNS-Gr.（e）B、N、C和O元素分布的EDS图像。
 
 
图3. BN、Gt和BNNS Gr（a）的XRD图和部分变焦（b）。（c） Gt、Gr、BN和BNNS-Gr的拉曼光谱。（d）BN和BNNS-Gr的FTIR光谱曲线。（e）Gt、BN和BNNS-Gr的XPS光谱，（f）C 1s光谱，（g）O 1s光谱，（h）B 1s光谱，和（i）BNNS-Gr原位剥落的N 1s光谱。
 
 
图4. （a） 相同BN添加量的PEG及其复合材料的导热性能。（b） BN/PEG、B+G/PEG和BG/PEG复合材料导热系数的改进Hashin-Shrikman模型拟合。（c） BG/PEG复合材料的体积电阻率。
 
 
图5. （a） BGA/PEG复合材料的具体制备图。（b–f）体积分数为2–10%的BGA气凝胶的SEM图像。（g） BGA/PEG-6复合材料的SEM图像。
 
 
图6. （a） BGA/PEG和BNA/PEG复合材料导热系数的Foygel非线性模型拟合。（b） BGA/PEG复合材料的体积电阻率。（c） BN填料填充复合材料的研究与比较。
 
 
图7. 热板上PEG、BG/PEG和BGA/PEG的光学照片。
 
 
图8.（a） BGA/PEG复合材料的DSC曲线。（b） 50次循环后BGA/PEG-8的升温和降温DSC曲线。
 
      相关研究成果由兰州大学Wensheng Gao 和Yongxiao Bai课题组2025年发表在ACS Applied Materials & Interfaces (链接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c18250)上。原文：Universal Construction of Electrical Insulation and High-Thermal-Conductivity Composites Based on the In Situ Exfoliation of Boron Nitride-Graphene Hybrid Filler

转自《石墨烯研究》公众号