本发明属于热管理材料技术领域，涉及一种高效且均匀热传导的聚合物基导热材料及其制备方法。
背景技术：
随着电子器件的高功率化和小型化趋势，这些器件在使用过程中会产生大量的热，如果不能及时有效散去，器件温度的上升不仅仅会导致其性能的下降，同时还会加快其元件的老化甚至失效。将具有高效传热能力的热管理材料和电子器件同时封装是一种有效解决该问题的方法。
聚合物基的热管理材料因其具有绝缘性好、易加工、成本低等特点，具有很好的发展潜力，但是却受限于其较低的导热系数。为了提高聚合物基材料的热管理性能，设计由各向异性填料搭建的取向网络是一种非常有效的策略。因为各向异性的填料，尤其是具有二维结构的填料，如氮化硼(bn)、石墨、石墨烯等，其面内方向的热导系数可以达到数百w/m·k，而其面外方向的导热系数通常比其面内方向低两个以上数量级。因此，通过填料的取向，利用填料的各向异性能大幅度地改善聚合物沿取向方向的热管理性能。但是目前报道的取向结构通常只能实现填料沿一个方向的取向，例如垂直取向或平行取向(acsappl.mater.inter.2017,9,22977-22984；adv.funct.mater.2019,29,1900412)。而当沿取向方向导热系数提升的同时，总是不可避免地导致垂直于取向方向的导热系数大幅度下降(compos.sci.technol.,2015,122:42-49.)，从而造成热量在材料内部的不均匀传导。因此，设计一种能既能最大限度利用填料的各向异性，又能实现热量在聚合物中均匀传导的填料网络结构对聚合物基热管理材料在电子封装等领域的应用具有非常重要的意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高效且均匀热传导的聚合物基导热材料及其制备方法。本发明受天然针叶树(如落羽杉、紫杉等)中输水结构的启发，设计聚合物基导热材料中的填料具有多取向网络结构，即在垂直方向上，填料沿着纵轴垂直取向；在水平方向上，填料呈径向取向，即从四周朝中心取向。通过多取向网络结构，既能保证声子的振动和碰撞主要沿着填料面内方向进行，又能保证热量能同时朝各个方向传递，从而同时实现快速和均匀的热传导，并大幅度提升聚合物基复合材料的热管理性能。
实现本发明目的的技术方案如下：
高效且均匀热传导的聚合物基导热材料，由聚合物基体材料和导热填料组成，所述的导热填料呈多取向网络结构；所述的多取向网络结构在垂直方向上，导热填料沿着纵轴垂直取向，在水平方向上，导热填料呈径向取向，即从四周朝中心取向。
上述高效且均匀热传导的聚合物基导热材料采用本领域常规使用的方法制备，例如采取冰模板法或者3d打印方法制备。
具体地，采用冰模板法制备高效且均匀热传导的聚合物基导热材料，包括以下步骤：
步骤1，将导热填料和粘合剂在强剪切力下混合均匀，制备得到前驱体浆料；
步骤2，将前驱体浆料置于多取向冷冻浇铸用模具中，所述的模具为顶部设有凹槽，凹槽的底部垫有硅橡胶的铜棒；
步骤3，将模具的底部浸入液氮中，待完全冷冻后，通过冷冻干燥得到具有多取向结构的填料骨架；
步骤4，将填料骨架置于聚合物熔体或前驱体中，通过真空浸渍后得到具有多取向填料网络结构的聚合物基导热材料。
步骤1中，所述的导热填料为本领域常规使用的导热填料，例如氮化硼、石墨烯、石墨、碳纳米管等。
步骤1中，所述的粘合剂为本领域常规使用的粘合剂，例如氧化石墨烯、聚乙烯醇、纤维素纳米晶、再生纤维素等。
在本发明的具体实施方式中，步骤2中所述的模具为一个长25厘米，直径为3厘米的铜棒，其顶部有一个直径为2.54厘米、深度为1.5厘米的凹槽，并且凹槽的底部垫有1厘米厚的硅橡胶。采用所述模具进行冷冻浇铸时，铜棒底部置于冷槽中，温度梯度会沿着铜棒垂直向上传播，凹槽中的一层硅橡胶使得凹槽底部的温度传递慢于四周边壁，在冷冻浇铸液体时，径向方向的冷冻速度稍快于垂直方向的冷冻速度，从而使得冰晶同时沿着径向(由外至内)和垂直方向生长，详细冷冻过程见图2。
优选地，步骤3中，所述的冷冻干燥的温度为-80℃～-50℃，压力为2pa～10pa，冻干时间为24h～56h。
优选地，步骤4中，所述的聚合物为本领域常规使用的聚合物，例如环氧树脂、聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇等。
优选地，步骤4中，所述的真空浸渍的负压≥5mpa，浸渍时间为4h～15h。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的具有多取向网络结构的聚合物基导电材料能在低的填充含量下同时实现面内和面外方向的高导热系数。与现有的仅具有单一方向取向的聚合物基导热材料相比，即使置于点热源下，本发明的具有多取向网络结构的复合材料也能实现更加快速且均匀的热量传递，而不会出现局部过热现象，在热管理领域具有潜在的应用前景。
附图说明
图1(a)为针叶树枝中沿纵轴的sem截面图，图1(b)为针叶树枝中横截面的sem图。
图2(a)为实施例1中具有多方向取向结构的go-bn骨架的制备流程示意图，图2(b)为go与bn以及go-bn杂化填料的拉曼光谱，图2(c-d)为制备得到的纯go以及go-bn的横截面的sem图，图2(e)为go-bn三维骨架的数码图。
图3(a)为实施例1中用于多方向冷冻浇铸的模具示意图，图3(b)为冷冻浇铸过程中冰晶生长的示意图，图3(c)为实施例1中冷冻浇铸过程中不同时间的数码图。
图4(a)为实施例1得到的go-bn骨架中bn排列的示意图，图4(b)实施例1中骨架中上表面局部的sem图，图4(c)为实施例1得到的go-bn骨架中纵向截面的示意图，图4(d)为实施例1中go-bn骨架的纵向界面的sem图，图4(e)为实施例1和对比例1中得到的go-bn骨架的xrd分析结果图，图4(f)为实施例1peg/bn复合材料的示意图，图4(g)和(h)为实施例1得到peg/bn复合导热材料纵向和横向截面的sem图。
图5(a)为对比例1中冷冻浇铸所用模具的示意图，图5(b)为对比例1中冰晶生长的示意图，图5(c)为对比例1得到go-bn骨架的数码图，图5(d-e)为对比例1得到的go-bn骨架横截面和纵截面的sem图。
图6(a)为实施例1和对比例1和对比例2得到复合材料通过热盘法(hotdisk)测得的复合材料的导热系数，图6(b)为实施例1、对比例1和对比例2得到的复合材料，在填料填充含量为11.65vol％(20.00wt％)时分别沿垂直和水平方向的热导率。
图7为将实施例1、对比例1和对比例2制得复合导热材料置于点热源下时的红外热成像结果图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详述。
模具的制备参考文献【wangc,chenx,wangb,etal.freeze-castingproducesagrapheneoxideaerogelwitharadialandcentrosymmetricstructure[j].acsnano,2018,12(6).5816-5825】。
下述实施例中，采用的模具为一个长25厘米，直径为3厘米的铜棒，其顶部有一个直径为2.54厘米，深度为1.5厘米的凹槽，并且凹槽的底部垫有1厘米厚的硅橡胶。
实施例1：具有多取向结构的聚乙二醇/氮化硼(peg/bn)复合导热材料的制备：
步骤1：氧化石墨烯(go)的制备
将2g石墨粉和1g硝酸钠加入500ml烧杯中，并在冰浴(0℃)下加入50ml浓硫酸后混合均匀。磁力搅拌下，将6g高锰酸钾在1h内分6次加入上述混合体系中，0℃下反应2h。反应结束后移除冰水浴，逐渐将体系温度升至35℃，反应30min。之后，缓慢加入100ml去离子水，待无剧烈放热后逐步升温至98℃，并反应3h。反应完成后，待体系温度降至室温，加入50ml30wt％过氧化氢溶液。然后采用离心的方法，反复洗涤除去多余的酸和盐，直至反应产物呈中性。最后，将上述体系超声30min后得到均匀分散的go水悬浮液。
步骤2：go-bn浆料的制备
将6gbn粉末与20ml浓度为10mg/ml的go溶液，均匀混合，在室温下置于行星球磨机中，球磨2小时，具体为每球磨30min间隔5min，共计球磨2h，即可得到go-bn浆料。
步骤3：go-bn三维骨架的制备
将go-bn浆料倒入特制的用于多取向冷冻浇铸的模具中，并将模具的底部浸入液氮，保持低温冷冻30min，待浆料完全冻结后，通过在温度为-80℃，压力为5pa的条件下冷冻干燥48小时得到具有多方向取向结构的go-bn三维骨架。
步骤4：peg/bn复合材料的制备
将peg置于50ml的培养皿中，并在真空烘箱中加热(90℃)融化并盈满容器。将go-bn三维骨架置于聚合物熔体中，并通过反复抽气-放气过程5-8小时，将聚合物注入骨架的空隙中。待冷却后，即得到具有多方向取向结构的peg/bn复合导热材料。
实施例2：具有多取向结构的聚乙二醇/石墨烯(peg/graphene)复合导热材料的制备：
步骤1：氧化石墨烯(go)的制备
将2g石墨粉和1g硝酸钠加入500ml烧杯中，并在冰浴(0℃)下加入50ml浓硫酸后混合均匀。磁力搅拌下，将6g高锰酸钾在1h内分6次加入上述混合体系中，0℃下反应2h。反应结束后移除冰水浴，逐渐将体系温度升至35℃，反应30min。之后，缓慢加入100ml去离子水，待无剧烈放热后逐步升温至98℃，并反应3h。反应完成后，待体系温度降至室温，加入50ml30wt％过氧化氢溶液。然后采用离心的方法，反复洗涤除去多余的酸和盐，直至反应产物呈中性。最后，将上述体系超声30min后得到均匀分散的go水悬浮液。
步骤2：go-graphene浆料的制备
将2.66g石墨烯粉末与20ml浓度为10mg/ml的go溶液，均匀混合，在室温下置于行星球磨机中，球磨2小时，具体为每球磨30min间隔5min，共计球磨2h，即可得到go-graphene浆料。
步骤3：go-graphene三维骨架的制备
将go-graphene浆料倒入特制的用于多取向冷冻浇铸的模具中，并将模具的底部浸入液氮，保持低温冷冻30min，待浆料完全冻结后，通过在温度为-80℃，压力为5pa的条件下冷冻干燥48小时得到具有多方向取向结构的go-graphene三维骨架。
步骤4：peg/graphene复合材料的制备
将peg置于50ml的培养皿中，并在真空烘箱中加热(90℃)融化并盈满容器。之后将go-graphene三维骨架置于聚合物熔体中，并通过反复抽气-放气过程5-8小时，将聚合物注入骨架的空隙中。待冷却后，即可得到具有多方向取向结构的peg/graphene复合导热材料。
实施例3：具有多取向结构的聚乙二醇/石墨(peg/graphite)复合导热材料的制备：
步骤1：氧化石墨烯(go)的制备
将2g石墨粉和1g硝酸钠加入500ml烧杯中，并在冰浴(0℃)下加入50ml浓硫酸后混合均匀。磁力搅拌下，将6g高锰酸钾在1h内分6次加入上述混合体系中，0℃下反应2h。反应结束后移除冰水浴，逐渐将体系温度升至35℃，反应30min。之后，缓慢加入100ml去离子水，待无剧烈放热后逐步升温至98℃，并反应3h。反应完成后，待体系温度降至室温，加入50ml30wt％过氧化氢溶液。然后采用离心的方法，反复洗涤除去多余的酸和盐，直至反应产物呈中性。最后，将上述体系超声30min后得到均匀分散的go水悬浮液。
步骤2：go-graphite浆料的制备
将2.66g石墨粉末与20ml浓度为10mg/ml的go溶液，均匀混合，在室温下置于行星球磨机中，球磨2小时，具体为每球磨30min间隔5min，共计球磨2h，即可得到go-graphite浆料。
步骤3：go-graphite三维骨架的制备：
将go-graphite浆料倒入特制的用于多取向冷冻浇铸的模具中，并将模具的底部浸入液氮，保持低温冷冻30min，待浆料完全冻结后，通过在温度为-80℃，压力为5pa的条件下冷冻干燥48小时得到具有多方向取向结构的go-graphite三维骨架。
步骤4：peg/graphite复合材料的制备：
将peg置于50ml的培养皿中，并在真空烘箱中加热(90℃)融化并盈满容器。之后将go-graphite三维骨架置于聚合物熔体中，并通过反复抽气-放气过程5-8小时，将聚合物注入骨架的空隙中。待冷却后，即可得到具有多方向取向结构的peg/graphite复合导热材料。
实施例4：具有多取向结构的聚乙二醇/膨胀石墨(peg/eg)复合导热材料的制备：
步骤1：氧化石墨烯(go)的制备
将2g石墨粉和1g硝酸钠加入500ml烧杯中，并在冰浴(0℃)下加入50ml浓硫酸后混合均匀。在磁力搅拌下，将6g高锰酸钾在1h内分6次加入上述混合体系中，0℃下反应2h。反应结束后移除冰水浴，逐渐将体系温度升至35℃，反应30min。之后，缓慢加入100ml去离子水，待无剧烈放热后逐步升温至98℃，并反应3h。反应完成后，待体系温度降至室温，加入50ml30wt％过氧化氢溶液。然后采用离心的方法，反复洗涤除去多余的酸和盐，直至反应产物呈中性。最后，将上述体系超声30min后得到均匀分散的go水悬浮液。
步骤2：go-eg浆料的制备
将2.66geg粉末与20ml浓度为10mg/ml的go溶液，均匀混合，在室温下置于行星球磨机中，球磨2小时，具体为每球磨30min间隔5min，共计球磨2h，即可得到go-eg浆料。
步骤3：go-eg三维骨架的制备
将go-eg浆料倒入特制的用于多取向冷冻浇铸的模具中，并将模具的底部浸入液氮，保持低温冷冻30min，待浆料完全冻结后，通过在温度为-80℃，压力为5pa的条件下冷冻干燥48小时得到具有多方向取向结构的go-eg三维骨架。
步骤4：peg/eg复合材料的制备
将peg置于50ml的培养皿中，并在真空烘箱中加热(90℃)融化并盈满容器。之后将go-eg三维骨架置于聚合物熔体中，并通过反复抽气-放气过程5-8小时，将聚合物注入骨架的空隙中。待冷却后，即可得到具有多方向取向结构的peg/eg复合导热材料。
实施例5：具有多取向结构的聚乙二醇/碳纳米管(peg/mwcnt)复合导热材料的制备：
步骤1：纤维素纳米纤维(cnf)的制备
首先，将10g的微纤化纤维素(mfc)加入到1000ml的去离子水中，并在搅拌的条件下溶胀24小时。然后用乳化机在7000-8000rpm下剪切乳化15min。之后将0.32gtempo和2gnabr分别加入处理后的mfc浆料中搅拌至溶解。之后，向预处理过的mfc浆料(5mmol/gmfc)中缓慢加入naclo引发反应，在该过程中调整体系的ph保持在10.5左右，持续反应4小时。反应完成后，加入10ml无水乙醇终止反应。随后，通过去离子水反复抽滤洗涤上述得到的纤维素浆料至中性。最后将上述纤维素混合液在8000rpm下离心15min收集上层溶液，即为cnf稳定的水分散液。
步骤2：rc-mwcnt浆料的制备
将2.66gmwcnt与20ml浓度为10mg/ml的cnf溶液，均匀混合，在室温下置于行星球磨机中，球磨2小时，具体为每球磨30min间隔5min，共计球磨2h，即可得到rc-mwcnt浆料。
步骤3：rc-mwcnt三维骨架的制备
将rc-mwcnt浆料与0.2g环氧氯丙烷混合后，倒入特制的用于多取向冷冻浇铸的模具中，并将模具的底部浸入液氮，保持低温冷冻30min，待浆料完全冻结后，通过在温度为-80℃，压力为5pa的条件下冷冻干燥48小时得到具有多方向取向结构的rc-mwcnt三维骨架。
步骤4：peg/mwcnt复合材料的制备
将peg置于50ml的培养皿中，并在真空烘箱中加热(90℃)融化并盈满容器。之后将的rc-mwcnt三维骨架置于聚合物熔体中，并通过反复抽气-放气过程5-8小时，将聚合物注入骨架的空隙中。待冷却后，即可得到具有多方向取向结构的peg/mwcnt复合导热材料。
实施例6：具有多取向结构的聚二甲基硅氧烷/氮化硼(peg/bn)复合导热材料的制备：
步骤1：聚乙烯醇(pva)的溶解
将10.2gpva粉末加入500ml去离子水中，在90℃水浴下强烈搅拌30min至pva完全溶解，得到浓度为2wt％的pva水溶液。
步骤2：pva-bn浆料的制备
将6gbn粉末与20ml浓度为2wt％的pva溶液均匀混合，在室温下置于行星球磨机中，球磨2小时，具体为每球磨30min间隔5min，共计球磨2h，即可得到pva/bn浆料。
步骤3：pva-bn三维骨架的制备
将pva/bn浆料倒入特制的用于多取向冷冻浇铸的模具中，并将模具的底部浸入液氮，保持低温冷冻30min，待浆料完全冻结后，通过在温度为-80℃，压力为5pa的条件下冷冻干燥48小时得到具有多方向取向结构的pva-bn三维骨架。
步骤4：peg/bn复合材料的制备
将peg置于50ml的培养皿中，并在真空烘箱中加热(90℃)融化并盈满容器。之后将pva-bn三维骨架置于聚合物熔体中，并通过反复抽气-放气过程5-8小时，将聚合物注入骨架的空隙中。待冷却后，即可得到具有多方向取向结构的peg/bn复合导热材料。
实施例7：具有多取向结构的聚二甲基硅氧烷/氮化硼(pdms/bn)复合导热材料的制备：
步骤1:聚乙烯醇(pva)的溶解
将10.2gpva粉末加入500ml去离子水中，在90℃水浴下强烈搅拌30min至pva完全溶解，得到浓度为2wt％的pva水溶液。
步骤2：pva-bn浆料的制备
将6gbn粉末与20ml浓度为2wt％的pva溶液，均匀混合，在室温下置于行星球磨机中，球磨2小时，具体为每球磨30min间隔5min，共计球磨2h，即可得到pva-bn浆料。
步骤3：pva-bn三维骨架的制备
将pva-bn浆料倒入特制的用于多取向冷冻浇铸的模具中，并将模具的底部浸入液氮，保持低温冷冻30min，待浆料完全冻结后，通过在温度为-80℃，压力为5pa的条件下冷冻干燥48小时得到具有多方向取向结构的pva-bn三维骨架。
步骤4：pdms/bn复合材料的制备
将聚二甲基硅氧烷单体和交联剂以10：1比例混合，并置于25ml的培养皿中。之后将pva-bn三维骨架置于聚合物熔体中，并通过反复抽气-放气过程5-8小时，将聚合物单体和交联剂的混合体系注入骨架的空隙中。最后将体系温度升至60℃，保持30分钟，实现聚合物基体的固化，从而得到具有多方向取向结构的pdms/bn复合导热材料。
对比例1
本对比例与实施例1基本相同，唯一不同的是浇铸用的模具为一个塑料的圆柱体，仅有底部是由铜制成，当该模具底部浸入冷槽中时，其只能形成一个垂直向上的温度梯度，使得制备得到的填料网络是沿着纵轴垂直方向取向，制得仅有垂直方向取向的复合导热材料。
对比例2
步骤1：peg和bn的混合
将6g的bn粉末和24gpeg同时加入50ml的烧杯中，并置于90℃水浴锅中加热，在磁力搅拌下混合30min。
步骤2：peg/bn浆料的浇铸
将步骤1得到的浆料倒入厚度为1cm，直径为2.54cm的铁质模具中，在90℃下，反复施加压力并泄压，排出体系中多余的气泡，然后在10mpa的压力下，保持5min。最终，在10mpa的压力下冷压5min后，脱模即可得到无规取向的peg/bn复合导热材料。
表1实施例1-7和对比例1-2中得到的复合材料的导热系数
表1为实施例1-7和对比例1-2中得到的复合材料的导热系数。从表中可知，在不同的聚合物基体和填充体系中，多取向结构都有利于同时提升复合材料各个方向的导热系数，从而同时实现均匀和快速的热传导。
图1为天然针叶树内部的输水结构，(a)为针叶树枝中沿纵轴的sem截面图，(b)为针叶树枝中横截面的sem图，可以看出其垂直方向上，孔道沿着纵轴排列，在水平方向上，其输水通道沿着径向方向取向。
图2(a)为实施例1中具有多方向取向结构的go-bn骨架的制备流程示意图，go为bn之间的粘合剂。图2(b)为go与bn以及go-bn杂化填料的拉曼光谱，图2(c-d)为制备得到的纯go以及go-bn的横截面sem图，图2(e)为go-bn三维骨架的数码图。当bn和go形成杂化填料后，bn的特征峰和go的g带峰都发生了明显的偏移，反映了bn和go之间具有良好的相互作用。
图3(a)为实施例1中用于多方向冷冻浇铸的模具示意图，图3(b)为冷冻浇铸过程中冰晶生长的示意图，图3(c)为实施例1中冷冻浇铸过程中不同时间的数码图。从图3中可以看出，在冷冻浇铸的过程中，即使肉眼也能看到在水平方向上冰晶是沿着径向取向。
图4(a)为实施例1中得到的go-bn骨架中bn排列的示意图。图4(b)实施例1中骨架中上表面局部的sem图。图4(c)为实施例1中得到的go-bn骨架中纵向截面的示意图，图4(d)为实施例1中go-bn骨架的纵向界面的sem图，从骨架结构的横截面上可以看出go-bn在水平方向是沿着径向方向取向，在垂直方向上，bn同时也是沿着垂直方向取向。图4(e)为实施例1和对比例1中得到的go-bn骨架结构的xrd分析结果图，从骨架的横切面上方入射x射线表征得到的谱图显示，实施例1和对比例1得到的骨架中，氮化硼都是沿着垂直方向取向((100)峰和(002)峰的强度比显著大于1)。从骨架的纵切面上方入射x射线得到的谱图显示，实施例1中氮化硼都是沿着切面方向水平取向((100)峰和(002)峰的强度比显著小于1)，而对比例1中氮化硼却呈无规分散((100)峰和(002)峰的强度比≈1)。通过xrd表征可以证实实施例1得到的bn-go骨架中bn同时拥有径向取向和垂直取向。图4(f)为实施例1中peg/bn复合材料的示意图。图4(g)和(h)为实施例1得到peg/bn复合导热材料纵向和横向截面的sem图，在真空浸渍后，bn在复合材料中也保持了其在go-bn骨架中的取向结构。
图5(a)为对比例1中冷冻浇铸所用模具的示意图，图5(b)为对比例1中冰晶生长的示意图，图5(c)为对比例1得到go-bn骨架的数码图，图5(d-e)为对比例1得到的go-bn骨架横截面和纵截面的sem图，可以看到bn沿纵向垂直取向，而在水平方向上呈无规取向。
图6(a)为实施例1和对比例1和对比例2得到复合材料通过热盘法(hotdisk)测得的复合材料的导热系数。其中，通过热盘法(hotdisk)得到的导热系数反映出复合材料具有多取向结构的peg/bn复合材料相比于垂直取向和无规分散结构更有利于复合材料整体导热系数的提升，当bn填充量达到11.65vol％时，其导热系数可以提升至2.94w/m·k，相比纯peg提升了8.8倍。
图6(b)为实施例1、对比例1和对比例2得到的复合材料，在填料填充含量为11.65vol％(20.00wt％)时分别沿水平(in-plane)和垂直(through-plane)方向的导热系数。当bn的填充含量为11.65vol％时，在垂直方向上，具有多取向结构的peg/bn的导热系数(2.55w/m·k)甚至比垂直取向的peg/bn更高(2.32w/m·k)，其都远远高于无规分散的peg/bn复合材料(对比例2，1.41w/m·k)，这是因为沿纵轴取向的bn骨架更有利于声子沿着垂直方向的传递而在水平方向上。垂直取向的peg/bn复合材料的导热系数甚至低于无规分散的样品，这是因为拥有垂直取向的骨架中，水平方向的导热将更多地依赖于bn面内的热传导。而实施例1得到的具有多取向结构的peg/bn复合材料的导热系数能达到4.41w/m·k，相比于纯的peg，其在水平和垂直方向热导率提升的比例分别为13.7倍和7.5倍，即在各个方向上都能实现快速的热传导。
图7为将实施例1、对比例1和对比例2制得复合导热材料置于点热源下时的红外热成像结果图，观察其在局部加热情景下的散热性能。可以看出，实施例1中得到的具有多取向结构的peg/bn复合材料表面的温度分布最为均匀，证明该结构最有利于复合材料中均匀的热量传递。
1.高效且均匀热传导的聚合物基导热材料，其特征在于，由聚合物基体材料和导热填料组成，所述的导热填料呈多取向网络结构；所述的多取向网络结构为在垂直方向上，导热填料沿着纵轴垂直取向，在水平方向上，导热填料呈径向取向，即从四周朝中心取向。
2.根据权利要求1所述的聚合物基导热材料，其特征在于，所述的聚合物为环氧树脂、聚二甲基硅氧烷或聚乙二醇；所述的导热填料为氮化硼、石墨烯、石墨或碳纳米管。
3.根据权利要求1或2所述的聚合物基导热材料，其特征在于，通过冰模板法或者3d打印方法制备。
4.根据权利要求1或2所述的聚合物基导热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将导热填料和粘合剂在强剪切力下混合均匀，制备得到前驱体浆料；
步骤2，将前驱体浆料置于多取向冷冻浇铸用模具中，所述的模具为顶部设有凹槽，凹槽的底部垫有硅橡胶的铜棒；
步骤3，将模具的底部浸入液氮中，待完全冷冻后，通过冷冻干燥得到具有多取向结构的填料骨架；
步骤4，将填料骨架置于聚合物熔体或前驱体中，通过真空浸渍后得到具有多取向填料网络结构的聚合物基导热材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的导热填料为氮化硼、石墨烯、石墨或碳纳米管。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的粘合剂为氧化石墨烯、聚乙烯醇、纤维素纳米晶或再生纤维素。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述的模具为一个长25厘米，直径为3厘米的铜棒，其顶部有一个直径为2.54厘米、深度为1.5厘米的凹槽，并且凹槽的底部垫有1厘米厚的硅橡胶。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述的冷冻干燥的温度为-80℃～-50℃，压力为2pa～10pa，冻干时间为24h～56h。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述的聚合物为环氧树脂、聚二甲基硅氧烷或聚乙二醇。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述的真空浸渍的负压≥5mpa，浸渍时间为4h～15h。
技术总结