摘要
随着电子设备向小型化、高功率密度发展，热管理成为关键挑战。本研究报道了一种基于共价键合的氮化硼/碳纳米管（BN/CNTs）杂化网络的相变复合材料（PPBC），嵌入石蜡/聚二甲基硅氧烷（PW/PDMS）基质中。该材料通过多巴胺辅助聚合和酰胺化反应构建连续热传导网络，实现了高热导率（最高5.92 W·m⁻¹·K⁻¹）、高潜热（92.5 J·g⁻¹）、优异电绝缘性（电阻率高达2.80×10¹⁴ Ω·cm）和循环稳定性。在锂电池和LED芯片的热管理测试中，PPBC涂层可降低工作温度10°C–30°C，并具备80%以上的光热和电热转换效率。
文章亮点
创新策略：通过共价键合BN和CNTs，构建三维连续热传导网络，解决传统复合材料界面热阻高的问题。
多功能平衡：同时实现高热导率、高电绝缘性、柔性机械性能和稳定相变能力。
实际应用验证：在锂电池和LED热管理中显著降低温度，并支持可穿戴设备的主动热管理。
环保工艺：多巴胺辅助功能化在温和条件下完成，避免高温或有害试剂。
1 引言
现代电子设备的热管理需求日益紧迫，相变材料（PCMs）因高潜热成为理想选择，但传统有机PCMs热导率低（<0.3 W·m⁻¹·K⁻¹）、易泄漏。本研究通过共价杂化BN和CNTs，在柔性聚合物基质中构建稳定网络，突破热导率与绝缘性的权衡难题。
2 分析与讨论
2.1 合成与表征
PPBC通过多步法制备：BN经多巴胺聚合功能化（BN-DA），CNTs羧基化（CNTs-COOH），两者通过酰胺化反应共价连接。FT-IR和XPS证实酰胺键形成，SEM显示CNTs均匀锚定在BN片上，形成三维网络。
图1：PPBC复合材料制备流程示意图，显示BN/CNTs杂化填料的共价连接过程。
Raman和XRD分析表明，杂化填料在PDMS基质中分散均匀，填料含量增加时G带强度升高，证实热传导网络连续性增强。
图2：BN/CNTs填料和PPBC的形貌与结构表征，包括FT-IR、XPS、SEM和Raman结果。
2.2 热与电导性能
PPBC的热导率随填料含量增加而提升，S3样品达5.92 W·m⁻¹·K⁻¹，比基质提高20倍以上。共价杂化使界面热阻降低一个数量级，而电导率仍保持绝缘水平（电阻率>10¹¹ Ω·cm）。
图3：PPBC的热导率和电导率变化曲线，显示填料含量与性能的关系。
循环测试中，热导率在100次热循环后稳定性高，温度依赖性实验表明即使PW熔化后材料仍保持高效热传导。
2.3 相变性能与热稳定性
DSC显示PPBC的相变温度与纯PW接近（约49°C），潜热保留率高（S3为79.3 J·g⁻¹，理论值偏差<2%）。TGA证明杂化网络提升热稳定性，降解温度提高40°C。100次循环后质量损失<2%，泄漏测试表明PDMS基质有效防止PW泄漏。
图4：PPBC的相变性能和热稳定性，包括DSC曲线、TGA和泄漏测试结果。
2.4 机械性能
拉伸测试显示PPBC兼具强度与柔性：S3样品拉伸强度2.14 MPa，断裂伸长率34.8%。AFM表明填料分散均匀，接触角测试验证界面亲和性提升。
图5：PPBC的机械性能，包括应力-应变曲线和AFM形貌分析。
2.5 热管理应用
在18650锂电池和LED芯片测试中，PPBC涂层使工作温度降低10°C–30°C，红外热成像显示温度分布更均匀。主动模式下，光热和电热转换效率超80%，50次循环后性能稳定。
图6：PPBC的热管理性能，包括锂电池和LED的温度调控效果。
3 结论
本研究通过共价杂化BN/CNTs策略，成功制备出高性能PPBC材料，兼顾热导率、电绝缘、柔性和循环稳定性。该设计为电子设备热管理提供了新思路，可扩展至其他聚合物基质和PCM体系。
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