日前，上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院江平開教授研究團(tuán)隊(duì)在導(dǎo)熱絕緣聚合物材料領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果以“Cellulose Nanofiber Supported 3D Interconnected BN Nanosheets for Epoxy Nanocomposites with Ultrahigh Thermal Management Capability”為題，在國際著名材料期刊《Advanced Functional Materials》上發(fā)表。江平開教授團(tuán)隊(duì)多年來致力于導(dǎo)熱絕緣材料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，這是2013年以來該團(tuán)隊(duì)第二次在《Advanced Functional Materials》發(fā)表導(dǎo)熱絕緣領(lǐng)域的論文。該工作得到了國家科技部重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（No.2014CB239503）、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（Nos.51522703，51477096，51277117)及上海市浦江人才計(jì)劃（PJ14D018）的資助。        

絕緣材料是電力設(shè)備及電子器件不可或缺的基本組成部分，相當(dāng)程度上決定了電力設(shè)備及電子器件的技術(shù)水平。當(dāng)前，電力設(shè)備與電子器件朝著集成化、高功率化等方向發(fā)展，運(yùn)行、工作過程中易產(chǎn)生大量熱量，這些熱量如不能通過絕緣高效傳遞出去會(huì)嚴(yán)重影響工作可靠性和使用壽命。聚合物在電力設(shè)備及電子器件中被廣泛用作絕緣材料，但大部分聚合物材料導(dǎo)熱系數(shù)低，嚴(yán)重制約了熱管理能力的提升。傳統(tǒng)增強(qiáng)導(dǎo)熱系數(shù)、提高熱管理能力的方法是在聚合物中添加大量無機(jī)導(dǎo)熱填料，但在滿足高熱管理能力的同時(shí)會(huì)犧牲聚合物材料的絕緣性能、機(jī)械性能及加工性能。因此，在低填充下實(shí)現(xiàn)高效的熱管理能力是導(dǎo)熱絕緣材料研究中的一大挑戰(zhàn)。   

基于此，該研究團(tuán)隊(duì)提出利用氮化硼納米片（BNNS）構(gòu)筑三維導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)的方法增強(qiáng)聚合物材料的導(dǎo)熱系數(shù)。首先使用纖維素納米纖維作為支持模板，通過溶膠凝膠法與真空冷凍干燥技術(shù)制備三維互聯(lián)的氮化硼納米片氣凝膠，然后澆注環(huán)氧樹脂獲得得到納米復(fù)合絕緣材料。測試結(jié)果顯示，該材料在低氮化硼納米片含量（僅9.6 vol%）下，導(dǎo)熱系數(shù)可提高約14倍，刷新了聚合物絕緣材料的導(dǎo)熱增強(qiáng)效率記錄。重要的是，這一納米復(fù)合絕緣材料還保持了環(huán)氧樹脂的優(yōu)異絕緣性能，體積電阻率達(dá)1015 ? cm。紅外熱像儀觀察到該納米復(fù)合絕緣材料具有比常規(guī)納米復(fù)合材料快的多熱響應(yīng)速率，說明在熱管理方面具有很好的應(yīng)用前景。