【科研摘要】
在一种热管理材料中同时实现高机械性能和优异的导热性能仍然是一个挑战。
最近， 武汉大学段博副研究员/四川大学傅强教授团队结合化学-物理双重交联和拉伸取向策略，构建高度有序的纤维素纳米纤维网络和边缘羟基化的氮化硼纳米片（BNNS-OH）结构，以制造具有优异导热性的坚固的纤维素/BNNS-OH复合膜。对齐的再生纤维素纳米纤维网络通过共价键和氢键相互作用诱导了BNNS-OH的面内取向。
进一步采用风干致密化工艺来构建紧密堆积的结构，以实现高拉伸强度（226 MPa）和面内导热率（TC，20.41 W m-1 K-1），这是近30倍比通面TC（0.69W m-1 K-1）大，表示各向异性TC特性。柔性且坚固的复合膜不仅显示出用于冷却通信设备的快速散热性能，而且还具有出色的阻氧性和信号穿透性，显示出其在通信设备封装中的巨大潜力。它还为制备高度取向的一维和二维复合材料提供了一条新颖的途径。
【主图导读】
图 1 BNNS-OH的TEM图像（a和b）。BNNS和BNNS-OH的尺寸分布，浓度为10-4 g ml -1 （c）。AFM图像和BNNS-OH的厚度（d）和纤维素/BNNS-OH的厚度（e）。储存48小时后，纤维素/ BNNS和纤维素/ BNNS-OH溶液的照片（f）。
图 2 各向异性纤维素/BN-OH薄膜结构示意图（a）。50 wt％BN-1.0（b和e），50 wt％BN-2.0（c和f）和50 wt％BN-3.0（d和g）的SEM图像。
图 3 展示了50％BN-3.0的优异机械性能和柔韧性的照片（a）。应力-应变曲线为50％BN-1.0、50％BN-2.0和50％BN-3.0（b）。拉伸强度和模量为50％BN-1.0、50％BN-2.0和50％BN-3.0（c）。纤维素-3.0和50％BN-3.0的O 1s XPS曲线（d）。纤维素与BNNS-OH之间相互作用的示意图（e）。50％BN-1.0、50％BN-2.0和50％BN-3.0的XRD图谱（f）。
图 4 通过二维WAXD模式（a1-a4）和SAXS（b1-b4）证实的各种样品的各向异性纳米结构。二维WAXD模式的方位角积分强度分布曲线（c）。2D WAXD（d）中的取向度（Π）和Herman取向参数（f）。
图 5 纤维素-3.0、50％BN-1.0、50％BN-2.0和50％BN-3.0的面内和面内热导率（TC）（a）。各种样本的面内与面内TC的比率（b）。随着拉伸比的增加，复合膜的TC增强（c）。基于已报道的研究，与聚合物/氮化硼复合材料的面内热导率比较（d）。
图 6 纤维素/ BNNS-OH薄膜的散热随时间变化（a）和相应的温度变化（b）。EMI SE与纤维素3.0、50％BN-3.0和商用石墨烯薄膜的比较（c）。手机和50％BN-3.0涂层手机的信号强度照片（d）。运行30分钟视频之前和之后的移动电话的红外图像（e1和e2），以及连接了纤维素3.0（e3）和50％BN-3.0（e4）的智能手机2分钟（e）。高度取向的纤维素/ BNNS-OH薄膜的散热示意图（f）。通讯设备包装材料中纤维素/ BNNS-OH薄膜的电 势（ g）。
【总结】
BNNS被边缘羟基化以改善与纤维素的相互作用。结合化学和物理双重交联和拉伸策略，构建了一种超强且高导热性的纤维素/ BNNS-OH膜。 由于纤维素纳米纤维和BNNS-OH的取向，各向异性的纤维素/ BNNS-OH膜表现出226 MPa的优异拉伸强度和20.41 W m -1 K -1 的高面内热导率。此外，纤维素/ BNNS-OH复合膜不仅显示出很高的散热速度，而且还具有出色的信号穿透能力和优异的阻氧性能。 因此在电子设备封装中显示出巨大的潜力。更重要的是，纤维素作为一种可再生和可生物降解的聚合物，可以部分 替代通讯包装材料，从而可以有效减少电子包装材料浪费造成的污染，并使世界更加可持续。
参考文献 ： doi.org/10.1039/D1TA00143D
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