刘裕芮 许艳菲2)†

1) (马萨诸塞大学阿莫赫斯特分校机械与工业工程系,阿莫赫斯特 01003)

2) (马萨诸塞大学阿莫赫斯特分校化学工程系,阿莫赫斯特 01003)

传统高分子聚合物是良好的电绝缘体和热绝缘体.高分子聚合物具备质量轻、耐腐蚀、可加工、可穿戴、电绝缘、低成本等优异特性.高分子聚合物被广泛应用于各种器件.由于高分子材料的热导率比较低(0.1—0.5 W·m–1·K–1),热管理(散热)面临严峻的挑战.理论及实验工作表明,先进高分子材料可以具有比传统传热材料(金属和陶瓷)更高热导率.Fermi-Pasta-Ulam (FPU)理论结果发现低维度原子链具有非常高的热导率.广泛使用的聚乙烯热绝缘体可以被转变为热导体:拉伸聚乙烯纳米纤维的热导率大约为104 W·m–1·K–1,拉伸的聚乙烯薄膜热导率大约为62 W·m–1·K–1.首先,本文通过理论和实验结果总结导热高分子材料的传热机理研究进展,并讨论了导热高分子聚合物的制备策略;然后,讨论了在传热机制及宏量制备方面,高分子聚合物研究领域所面临的新挑战;最后,对导热高分子的热管理应用前景进行了展望.例如,导热高分子聚合物在耐腐蚀散热片、低成本太阳能热水收集器、可穿戴智能冷却服饰、电子绝缘却高导热的电子封装材料等领域具有不可替代的热管理应用前景.

1 引言

高能量密度、高功率密度、高集成化器件需要优良的热管理[1−4].过热导致器件性能和安全性能下降[5].比如,电动汽车的电池[6,7]、5G 网络基础设施[8]、LED照明[9]、电脑CPU[10]等器件面临着高热通量……