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  近年來隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展，各類電子設備正不斷向微型化、高功率發(fā)展。表現(xiàn)出集成度不斷增加，封裝越來越緊密，這就迫使電子元件在密閉空間內(nèi)不可避免地產(chǎn)生熱量。如果散熱不當，過多的熱量會嚴重降低電子元件的可靠性和使用壽命。因此，開發(fā)先進的熱管理材料變得至關重要，其中聚合物復合材料因其重量輕、柔韌性好、易于加工等特點，作為熱管理材料備受關注。

  然而，目前許多研究都旨在強調提高材料導熱系數(shù)（TC），卻忽略了這些材料的工作環(huán)境。在實際應用中，設備工作溫度對TC的影響至關重要，具有導熱系數(shù)正溫度依賴性(TDTC)的材料在溫度升高時散熱效率更高，可確保電子設備的性能穩(wěn)定，實現(xiàn)有效的熱管理。

  面對這一問題，南京工業(yè)大學材料科學與工程學院研究團隊受“蛇皮”分層結構的啟發(fā)，設計了一種隔離結構，在高膨脹高抗沖聚苯乙烯(HIPS)/石墨(Gt)復合材料上涂覆銅合金(Cu alloy)，銅合金在限制HIPS/Gt熱膨脹的同時還能形成偽導熱網(wǎng)絡，從而增強TDTC和熱導率(TC)，其作用類似于蛇在吞咽過程中蛇皮“硬鱗片”和“軟外皮”之間的相互作用。與采用傳統(tǒng)熔融混合方法制造的相同成分的復合材料相比，生物啟發(fā)的復合材料的TC和正TDTC都有大幅提高。此工作不僅利用仿生策略為制造具有正TDTC的導熱聚合物復合材料開辟了一條前景廣闊的途徑，也為化學熱交換器和其他高溫散熱裝置提供了潛在的應用領域。

本文要點

（1）生物啟發(fā)設計

  在自然界中，蛇有一種非凡的能力，能吞下比其體型大得多的獵物。在這一過程中，蛇皮會發(fā)生巨大的變形，軟鱗片會大幅擴張，而硬鱗片的擴張程度則很小。由于軟硬鱗的膨脹程度不同，硬鱗限制了軟鱗的過度膨脹，從而防止了軟鱗的撕裂。這一奇妙的結構機理為設計聚合物復合材料提供了寶貴的靈感。通過模仿剛性鱗片-軟膜系統(tǒng)，設計了一種隔離結構：將HIPS與Gt預混合，破碎后在混合物上涂覆銅合金，然后進行熱壓成型。Gt的高熱導率可提高復合材料的整體熱導率，而銅合金的熱體積膨脹率低于HIPS/Gt，可降低界面熱阻同時表現(xiàn)出正TDTC。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c05237