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  聚酰亞胺（PI）廣泛應(yīng)用于微電子、太陽能電池和氣體分離領(lǐng)域。然而，PI本體導(dǎo)熱系數(shù)（λ）低，無法適應(yīng)當(dāng)下柔性顯示器、折疊屏及柔性可穿戴設(shè)備等高效快速的導(dǎo)/散熱要求，嚴(yán)重影響其電子元器件的工作穩(wěn)定性和使用壽命。目前，研究者大多采用填充導(dǎo)熱填料的方法來制備PI基導(dǎo)熱復(fù)合膜，但通常需要添加大量的導(dǎo)熱填料方可獲得較為理想的導(dǎo)熱性能，易使其力學(xué)性能和加工性能變差。

  西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院顧軍渭教授“結(jié)構(gòu)/功能高分子復(fù)合材料”（SFPC）課題組近期設(shè)計(jì)合成了具有熱致型液晶行為且液晶區(qū)間與固化溫度匹配的液晶聚酰亞胺預(yù)聚膜（preLC-PI），進(jìn)而制備出本征高導(dǎo)熱液晶聚酰亞胺（LC-PI）膜。preLC-PI_IV膜（IV號(hào)組分）在液晶區(qū)間內(nèi)固化使其降至室溫后仍保留其液晶織構(gòu)，分子鏈在微觀上有序，減少了聲子在分子鏈間的散射，顯著提升了PI膜的本征導(dǎo)熱性能。液晶區(qū)間內(nèi)固化的LC-PI_IV膜的面內(nèi)λ（λ_∥）與面間λ（λ_⊥）分別為2.11 W/(m·K)和0.32 W/(m·K)，高于液晶區(qū)間外固化的LC-PI_I膜的λ_∥（0.77 W/(m·K)）與λ_⊥（0.15 W/(m·K)）。通過實(shí)際散熱測(cè)試與有限元模擬證明了LC-PI_IV膜具有優(yōu)異的導(dǎo)/散熱能力。此外，本征高導(dǎo)熱LC-PI_IV膜還具備優(yōu)異的力學(xué)性能和熱性能，其拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、楊氏模量、韌性、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（T_g）和耐熱指數(shù)（THRI）分別高達(dá)119.0 MPa、50.3%、2.1 GPa、55.4 MJ/m³、262.4°C和329.3°C，在高集成柔性電子等高發(fā)熱量領(lǐng)域展現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景。

圖1 LC-PI的合成反應(yīng)示意圖

圖2 升溫過程中preLC-PI膜的偏光顯微鏡照片（a₁~a₅：preLC-PI_I；b₁~b₅：preLC-PI_II；c₁~c₅：preLC-PI_III；d₁~d₅：preLC-PI_IV；e₁~e₅：preLC-PI_V）

圖3 室溫下LC-PI膜的XRD譜圖（a）；室溫下LC-PI_IV膜的POM圖像（b）；LC-PI_IV膜分子鏈微觀有序示意圖（c）

圖4 LC-PI膜室溫下的λ_∥和λ_⊥值（a）；LC-PI膜不同溫度下的λ_∥值（b）和λ_⊥值（c）；LC-PI_IV膜“加熱-冷卻”循環(huán)過程中的λ_∥值（d）和λ_⊥值（e）；LC-PI膜表面溫度隨時(shí)間變化曲線（f）與紅外熱成像圖（g）；內(nèi)稟機(jī)理示意圖（h）

  該工作近期以“Liquid Crystalline Polyimide Films with High Intrinsic Thermal Conductivities and Robust Toughness”為題發(fā)表于Macromolecules（2021, 10.1021/acs.macromol.1c00686）上。第一作者為西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院2019級(jí)博士研究生阮坤鵬同學(xué)，通訊作者是西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院顧軍渭教授。本研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（51773169和51973173）、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金項(xiàng)目-區(qū)域聯(lián)合基金（重點(diǎn)項(xiàng)目）、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)計(jì)劃杰出青年基金項(xiàng)目（2019JC-11）以及高分子電磁功能材料陜西省“三秦學(xué)者”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的資助和支持。

  論文信息：Kunpeng Ruan, Yongqiang Guo and Junwei Gu*. Liquid Crystalline Polyimide Films with High Intrinsic Thermal Conductivities and Robust Toughness. Macromolecules, 2021, 10.1021/acs.macromol.1c00686.

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.1c00686

  作者簡(jiǎn)介： 

  阮坤鵬，男，中共黨員，江蘇揚(yáng)州人，2019級(jí)博士研究生（本科直博）。2019年在西北工業(yè)大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，同年加入顧軍渭教授SFPC課題組攻讀博士學(xué)位，師從顧軍渭教授。主要從事本征型高導(dǎo)熱聚酰亞胺及其復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能調(diào)控及機(jī)理研究。參與XXX重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)。以第一作者在Macromolecules, Nano-Micro Lett和Compos Sci Technol等發(fā)表SCI論文6篇，SCI引用1170余次，H因子11；申請(qǐng)、公開國(guó)家發(fā)明專利3件，參加國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議4次。

  顧軍渭，浙江上虞人，西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院教授、博導(dǎo)，入選英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)Fellow、英國(guó)材料學(xué)會(huì)Fellow、世界排名前2‰科學(xué)家、陜西省杰青�，F(xiàn)任化學(xué)與化工學(xué)院副院長(zhǎng)、無人系統(tǒng)研究院智能材料與結(jié)構(gòu)研究所所長(zhǎng)；任陜西省高分子科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任；任中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)導(dǎo)熱復(fù)合材料專業(yè)委員會(huì)常務(wù)副主任、中國(guó)化學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員等。2002~2010在西北工業(yè)大學(xué)獲高分子材料與工程學(xué)士，材料學(xué)碩士、博士學(xué)位；2017年起在理學(xué)院、化學(xué)與化工學(xué)院擔(dān)任教授。主要從事功能高分子復(fù)合材料（導(dǎo)熱、電磁屏蔽、吸波等）和纖維增強(qiáng)先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料（透波、耐燒蝕等）的功能/結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)制備及加工研究工作。獲2020年度高等學(xué)�？茖W(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)（科學(xué)技術(shù)）技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)（排名2/6）和第四屆中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)青年科學(xué)家獎(jiǎng)。主持國(guó)家自然科學(xué)基金、GF技術(shù)基礎(chǔ)重點(diǎn)項(xiàng)目等國(guó)家和省部級(jí)重大科技項(xiàng)目20余項(xiàng)。以第一作者和/或通訊作者在ACS Nano, Sci Bull, Macromolecules和Compos Sci Technol等發(fā)表SCI論文120余篇（入選第一或通訊作者ESI熱點(diǎn)論文30篇、ESI高被引論文47篇），SCI引用9000余次（H-index為60）。3篇論文入選2018、2019年“中國(guó)百篇最具影響國(guó)際學(xué)術(shù)論文”、1篇論文2020年“材料領(lǐng)域10大高被引論文”。在國(guó)內(nèi)外重要學(xué)術(shù)會(huì)議上做邀請(qǐng)、口頭報(bào)告16次；任第十一屆亞澳復(fù)合材料會(huì)議、第四屆中國(guó)國(guó)際復(fù)合材料科技大會(huì)和2019全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)等12個(gè)重要學(xué)術(shù)會(huì)議分會(huì)主席、副秘書長(zhǎng)。授權(quán)、公開中國(guó)、美國(guó)發(fā)明專利40余件。任J Mater Sci Technol（6.155）、Adv Compos Hybrid Mater（即時(shí)因子7.063）副主編，Nano-Micro Lett（12.264）、Mater Today Phys（10.443）、Nano Res（8.183）、Composites Part B（7.635）和Compos Commun（4.915）等編委。