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超柔介电氮化硼/石墨烯氟化物杂化膜 中山大学研发实现高效热管理新突破

超柔介电氮化硼/石墨烯氟化物杂化膜 中山大学研发实现高效热管理新突破

随着现代电子器件向高性能、高集成度、小型化和柔性化方向飞速发展,其运行过程中产生的热量急剧增加,成为制约设备可靠性、寿命与性能的关键瓶颈。高效的热管理材料,特别是兼具优异导热性、良好电绝缘性以及出色柔韧性的材料,已成为前沿研究的热点与难点。中山大学的研究团队在这一领域取得重要进展,成功研制出一种基于超柔介电氮化硼与石墨烯氟化物的新型杂化膜,为下一代电子器件的热管理提供了创新性解决方案。

传统导热材料往往难以在多个关键性能上取得平衡。例如,金属导热性好但导电,易导致电路短路;聚合物柔韧性佳但导热系数低;而一些高导热的陶瓷或碳材料(如石墨烯)又通常缺乏足够的电绝缘性。中山大学团队巧妙地通过材料设计与结构工程,将两种性能互补的纳米材料——介电氮化硼纳米片(BNNS)和氟化石墨烯(F-Graphene)——结合起来,制备出了一种性能卓越的杂化薄膜。

该杂化膜的核心优势体现在以下几个方面:

  1. 卓越的导热与电绝缘平衡:氮化硼本身是优秀的电绝缘体和导热体,面内导热系数高。将其作为骨架,可以有效建立热传导通路,同时确保材料整体具备极高的电阻率,防止电流泄漏。氟化石墨烯的引入,不仅部分提升了导热网络的连通性,其表面的氟原子也进一步增强了材料的介电性能。这种“BNNS主骨架 + F-Graphene辅助增强”的协同设计,使薄膜在保持高导热率(面内导热系数显著提升)的实现了优异的电绝缘性,完全满足高功率密度电子器件对绝缘散热的需求。
  1. 出色的柔韧性与机械强度:研究团队通过优化的溶液加工与自组装工艺,使得BNNS与F-Graphene纳米片在薄膜内形成了高度有序、紧密交织的微观结构。这种结构赋予了薄膜超乎寻常的柔韧性和机械鲁棒性。薄膜可以承受反复弯曲、折叠甚至揉搓而不破裂,其力学性能远超许多传统的导热垫片或陶瓷基板,非常适用于柔性电子、可穿戴设备等需要承受形变的场景。
  1. 高效的热管理效能:在实际应用中,将该杂化膜集成到模拟的高功率芯片或柔性电路中进行测试。结果表明,与未使用该薄膜或使用商用导热材料的对照组相比,集成此杂化膜的器件工作温度显著降低,热点温差有效减小,散热效率大幅提升。这直接证明了其在快速导出和均布热量方面的卓越能力,能够有效提升电子元件的运行稳定性与使用寿命。
  1. 良好的稳定性与轻量化:材料由化学性质稳定的BN和F-Graphene构成,具备良好的热稳定性和化学惰性,可在较宽的温度和环境范围内可靠工作。薄膜质地轻薄,符合现代电子设备轻量化的设计趋势。

中山大学的这项研究成果,通过精准的纳米材料杂化与结构调控,成功打破了导热、绝缘、柔韧三大性能难以兼顾的困局。这种超柔介电氮化硼/石墨烯氟化物杂化膜不仅为当前高性能计算芯片、5G通信设备、LED照明、动力电池等领域的散热难题提供了新的材料选择,更为未来柔性电子、可穿戴技术、仿生器件等新兴领域的热管理设计开辟了新的道路。它的出现,标志着我国在高端热管理材料研发方面迈出了坚实的一步,具有重要的科学意义与应用前景。

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更新时间:2026-01-12 08:57:45

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