天津大學封偉教授團隊以《Three-dimensional Interconnected Networks for Thermally Conductive Polymer Composites: Design, Preparation, Properties, and Mechanisms》為題在Materials Science & Engineering: R: Reports（IF=26.625）雜志上發表綜述文章，全面介紹了三維導熱網絡的構建及在制備聚合物基導熱復合材料方面的研究。
開發高導熱聚合物復合材料已經成為熱管理領域的一個研究熱點。高功率、高集成度電子器件等領域的快速發展，對高效熱管理系統要求越來越高。而高性能熱界面材料作為熱管理系統的關鍵材料，要求具有輕質、高導熱、高穩定性和彈性等性能。
傳統導熱材料如金屬、無機導熱材料有質量大、柔性差等缺點，導熱聚合物的應用發展正不斷向高導熱材料領域滲透。將聚合物與高導熱填料復合是制備導熱聚合物復合材料的一個簡單、高效的策略。對于具有重要的意義，以三維連續網絡作為填料與聚合物復合，可以提高復合均勻性以及減少聲子界面散射，有效提高復合材料導熱效率。
本征型導熱聚合物
通過調控聚合物分子鏈提高熱導率
聚合物分子鏈的無序性和分子鏈間相互作用弱是導致聚合物熱導率低的主要原因，聚合物鏈的非晶態結構和隨機振動極大地降低了聲子的平均自由程，造成大量的聲子散射。通過提高聚合物的結晶度、改善聚合物鏈的取向性、增強分子鏈間的相互作用，可以有效地改善聲子在聚合物鏈上的傳遞，從而提高聚合物的熱導率。目前，增強分子鏈的排列和結晶度的最常用方法是拉伸形成聚合物纖維或薄膜，這種特殊的形態限制了其實際應用。在大范圍內對聚合物的結晶度和分子鏈取向進行調控仍然是一個難以解決的問題。
分散填料型聚合物導熱復合材料
大量填充導熱填料以提升聚合物的熱導率
聚合物的導熱性能可通過直接填充導熱填料來改善，但其往往需要極大的填充量才可以達到理想的熱導率，同時還需要解決填料的分散性和界面相容性問題。復合材料的低填料含量其熱導率值改善較差，而高填料含量會削弱聚合物的加工性能和力學性能。
預制三維網絡型導熱聚合物復合材料
三維導熱網絡提升聚合物熱擴散性能
在制備高性能導熱復合材料方面，相比于分散的填料顆粒，三維網絡的連通結構具有較小的界面熱阻，更具有優勢。首先，預構建的三維連續導熱網絡可以保證填料在聚合物基體中均勻分散，克服填料制備過程中團聚的缺點。其次，聚合物中相互連接的填料網絡提供了更多的傳熱通道，并通過降低界面熱阻的負面影響來增加熱導率。第三，三維網絡的預構建使取向性調控更加容易。
三維石墨烯導熱網絡
三維石墨烯網絡的構建方法
三維石墨烯網絡構建方法包括化學氣相沉淀（CVD）、電化學、氧化石墨烯(GO)網絡還原、自組裝、三維打印、模板法等。石墨烯晶體質量、結構取向及網絡密度影響聚合物復合材料的熱導率。
三維碳納米管導熱網絡
碳納米管氣凝膠中的界面熱阻
增強碳納米管之間連接構建連續網絡
三維碳納米管網絡主要包括碳納米管陣列和碳納米管氣凝膠。碳納米管陣列高取向性使其在制備定向高導熱復合材料方面具有極大的優勢。由于個體碳管之間存在的界面熱阻，三維的碳納米管氣凝膠熱導率較差，提高碳管之間的界面連接，是提升其熱導率的關鍵。
三維氮化硼導熱網絡
氮化硼的電絕緣性使其在在微電子方面的熱管理領域具有重要的應用價值。氮化硼納米片的自組裝或CVD原位生長可構建三維氮化硼骨架。氮化硼復合材料的骨架密度應足夠高，可提供足夠數量的傳熱通道。調整氮化硼網絡的取向方向可以控制熱傳導復合材料中不同方向的熱導率值。
其他三維導熱網絡
常用的三維導熱網絡包括金屬導熱骨架、金剛石導熱網絡、碳化硅網絡、氧化鋁網絡及雜化導熱網絡等。
復合材料中原位構建三維導熱網絡
在制備聚合物復合材料過程中原位構建互連的填料網絡是另一種簡單和可行的方法。通過導熱填料涂覆聚合物顆粒，再利用熱壓成型工藝，實現導熱填料在聚合物基體中形成三維連續結構。但完全包覆的填充顆粒會造成復合材料中形成不連續的聚合物相，從而影響宏觀材料的力學性能。
原位構建復合材料中連續網絡
對比不同三維網絡填料與分散填料對復合材料熱導率的影響
信息來源：高分子科技
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