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  近年來，隨著智能柔性熱管理器件的不斷發(fā)展，作為導(dǎo)熱元件的柔性彈性體材料在實(shí)際應(yīng)用中的需求日益突出�，F(xiàn)有研究中，將剛性導(dǎo)熱增強(qiáng)相顆粒分散到聚合物基體中，是設(shè)計(jì)柔性導(dǎo)熱彈性體的主要方法。然而，剛性填料與聚合物基體中的剛度失配會導(dǎo)致復(fù)合材料體系韌性的降低，同時剛性填料的過度添加也嚴(yán)重影響了復(fù)合材料的柔性。因此，探索兼具優(yōu)異力學(xué)和熱學(xué)性能的高性能導(dǎo)熱彈性體材料具有較高的科研意義與應(yīng)用價值。

  近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)龔興龍教授課題組通過機(jī)械攪拌-硫化成型的制備工藝，將不同體積分?jǐn)?shù)的液態(tài)金屬微液滴（LM）分散到聚硼硅氧烷彈性體（PBSE）基體中，研制出一種高性能的液態(tài)金屬增強(qiáng)柔性導(dǎo)熱彈性體復(fù)合材料（LM/PBSE）（圖1）。在此基礎(chǔ)上，分別探究液態(tài)金屬體積分?jǐn)?shù)和聚硼硅氧烷彈性體組分對于LM/PBSE復(fù)合材料單軸拉伸性能、裂紋擴(kuò)展性能和導(dǎo)熱性能的影響，驗(yàn)證了聚硼硅氧烷彈性體與液態(tài)金屬的固-液結(jié)合機(jī)制可同步優(yōu)化LM/PBSE體系的力學(xué)性能與導(dǎo)熱性能（圖2-圖4）。與此同時，由于聚硼硅氧烷彈性體基體獨(dú)特的應(yīng)變率硬化特性和粘結(jié)性能，LM/PBSE還表現(xiàn)出良好的復(fù)雜載荷環(huán)境適應(yīng)性（圖5-圖6）。最后，利用性能最優(yōu)化配比下的LM/PBSE，開展了復(fù)合材料在快速熱偽裝、柔性可拉伸散熱基體、高性能手機(jī)殼材料等領(lǐng)域的應(yīng)用探索研究（圖7）。

圖1. LM/PBSE的制備工藝、微觀結(jié)構(gòu)表征與流變學(xué)性能

圖2. LM/PBSE的單軸拉伸性能、LM的單軸拉伸作用機(jī)理以及與常見彈性體材料力學(xué)性能的對比

圖3. LM/PBSE的抵抗裂紋擴(kuò)展性能

圖4. LM/PBSE的導(dǎo)熱性能

圖5. LM/PBSE的抗沖擊性能

圖6. LM/PBSE的粘接性能

圖7. LM/PBSE的應(yīng)用探索研究

  綜上，這項(xiàng)工作成功研制出一種兼具優(yōu)異力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能的LM/PBSE復(fù)合材料，拓展了聚硼硅氧烷聚合物體系在高性能導(dǎo)熱領(lǐng)域的應(yīng)用。

  以上工作成果以“High-Performance Liquid Metal/Polyborosiloxane Elastomer toward Thermally Conductive Applications”為題發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interface》期刊上。論文的第一作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院博士研究生趙春宇，通訊作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院龔興龍教授、王宇副教授和鄧華夏特任研究員。該研究得到國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微納研究與制造中心的資助和支持。

  原文鏈接：

  Zhao CY, Wang Y, Gao L, Xu YQ, Fan ZY, Liu XJ, Ni Y, Xuan SH, Deng HX, Gong XL. High-performance liquid metal/polyborosiloxane elastomer toward thermally conductive applications. ACS Appl. Mater. Inter., 2022. DOI: 10.1021/acsami.2c04994.

  https://doi.org/10.1021/acsami.2c04994