随着现代电子设备朝着高度集成化和小型化发展，器件内部指数式增长的热严重影响到电子设备的工作性能、可靠性和使用寿命。因此，导热材料和先进的热管理技术引起广泛的关注。典型的热界面材料已经被大量应用去促进电子设备内部的界面热传导，并且有两个重要的指标用来评价其热管理效率：材料本身的热导率以及材料与热源/冷槽之间的接触热阻。近年来，大量的研究人员致力于开发高导热的材料，然而随着电子设备尺寸的日益减小，解决接触热阻的问题变得同样重要。现有的一些降低接触热阻的方法有制备具备触变性和顺应性的材料或者施加外界应用压力。这些方法的目的都是增加接触界面的实际接触面积去实现更好的界面几何匹配，然而材料的流动性或者高施加压力都为实际应用过程增加了难度。一些微纳尺度界面热传导的研究也表明界面相互作用有助于提高界面热导率，但在宏观热界面领域还缺乏系统的研究。更值得关注的是，由于热界面材料与热源/冷槽材料的热膨胀系数不匹配，因此在经历长期热循环后，界面几何失配或者界面脱粘仍然会发生，阻碍着热管理的长期稳定性。

四川大学傅强教授和吴凯副研究员报道了一种基于聚合物分子结构和填料表面设计的新型软物质热界面材料。研究团队通过力化学作用将液态金属(LM)包裹在球形氧化铝 (Al₂O₃)表面形成核壳结构的填料，并将其嵌入具有动态粘附性的弹性体（PUPDM）中制备了三元复合材料。巧妙的 PUPDM 分子设计使得材料与各种热源/冷槽之间形成动态可逆的氢键相互作用，实现了零压状态下的低接触热阻和耐多次热循环的长期稳定性。而液态金属改性填料不仅可以作为导热桥梁，同时有利于聚合物链段在室温下的松弛，平衡了传统功能复合材料中导热性能与表面黏附可逆性的矛盾。这种在导热界面材料上构筑动态可逆键的概念在新型热管理材料和技术领域有广阔的应用前景。

该成果以“A Thermal Conductive Interface Material with Tremendous and Reversible Surface Adhesion Promises Durable Cross-Interface Heat Conduction”为题，发表于 Materials Horizons上。通讯作者为四川大学的吴凯副研究员和傅强教授。四川大学的硕士研究生郭聪为本文的第一作者。

基于独特结构的 LM/Al₂O₃ 二元核壳填料结构设计, 结合具有动态可逆粘附弹性基体 PUPDM 的合成，该工作中得到的 PUPDM/LM/Al₂O₃ 复合材料完美地平衡了导热、柔性和粘附力的可逆性之间的矛盾。

随着 LM/Al₂O₃ 二元填料的加入，聚合物复合材料表现出出色的热导率（6.23 W·m^-1·K^-1)，允许材料内部的各向同性的热传导。同时，受益于二元填料的独特结构，绝缘的 Al₂O₃ 能有效地隔绝液态金属之间的电渗透网络，保证了复合材料的电绝缘性。合成的 PUPDM 基体展现出超高的适用于多种基板的可逆粘附力（4.48 MPa, Al 板，80 ^oC），以及 LM 在基体和刚性填料的界面处为聚合物分子链链段的运动提供更多的自由度，有利于动态氢键的可逆解离与缔合，因此所得到的 PUPDM/LM/Al₂O₃ 复合材料同样表现出出色的可逆黏附力（1.50 MPa, Al 板，80 ^oC），可以承担起一个 10.66 kg 的水桶。

复合材料与基板之间出色的氢键结合作用实现了零压状态下的低接触热阻（18.28 mm² K W^-1）。此外，这种动态可逆的氢键作用保证接触界面拥有良好的长期稳定性，即使复合材料与铝板的热膨胀系数不匹配，但是经过 7500 次热循环，接触热阻仍然没有明显上升。这种在高导热热界面材料上构筑动态可逆的界面相互作用的概念在微电子冷却技术、热电装置、大功率可穿戴设备等先进电子设备中具有广阔的应用前景。

• A Thermal Conductive Interface Material with Tremendous and Reversible Surface Adhesion Promises Durable Cross-Interface Heat Conduction
  Cong Guo, Yuhan Li, JianHua Xu, Qin Zhang, Kai Wu*（吴凯，四川大学）, Qiang Fu*（傅强，四川大学）
  Mater. Horiz. , 2022
  http://doi.org/10.1039/D2MH00276K

  

  
  

郭聪 硕士

四川大学

郭聪，本文第一作者，2020 年于四川大学获得学士学位，现为四川大学高分子科学与工程学院硕士研究生，主要研究方向为动态自适应的导热高分子复合材料。

傅强 教授

四川大学

傅强，四川大学高分子学院教授、教育部长江学者。主要从事高分子定构加工及功能复合材料的研究，围绕通用聚烯烃定构加工与高性能化、功能复合材料设计与定构加工、生物可降解高分子定构加工与应用等开展研究工作。现任四川省学术和技术带头人，中国化学会纤维素专业委员会主任，中国塑料加工协会副理事长，中国塑料制品标准化委员会副主任。2010 年被国务院授予全国先进工作者（全国劳动模范）荣誉称号，高分子国际知名期刊 Polymer 副主编。发表 SCI 论文 400 余篇，是 2014-2020 年爱思唯尔（Elsevier）中国高被引学者。曾获国家技术发明二等奖，教育部科技进步一等奖、四川省科技进步一等奖等多项省部级奖励。

吴凯 副研究员

四川大学

吴凯，四川大学高分子科学与工程学院副研究员，入选江苏省双创人才和四川大学“双百人才工程”（2020 年），主要从事高分子功能复合材料的基础和应用性研究工作，包括高分子宏观与微纳尺度传热及热管理、天然高分子的绿色加工、软物质材料的合成加工及应用。通过定构加工、向自然学习等巧妙的手段调控高分子复合材料的多层级结构，设计高分子复合材料的功能和性能。目前已在 Matter, Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Advanced Science, ACS Nano, Materials Horizons 等杂志以第一/通讯作者身份发表 SCI 论文 27 篇，SCI 引用 1600 余次，申请中国发明专利 11 项。相关研究工作被国家自然科学基金委（科学传播与成果转化中心）、中国科技报、科学网、Cell Press、高分子科技等媒体作为亮点报道。