米乐m6官方网站[会长：中钵良二]（以下简称“AIST”）先进操作数测量技术开放创新实验室8283_8464碳纳米纤维（CNF）和碳纳米管 (CNT)环动聚合物的聚轮烷复合我们开发了一种橡胶复合材料，它具有与橡胶一样的柔韧性，并且具有与金属相媲美的高导热性。
纤维状碳，传统上很难分散到聚合物中，水下等离子技术8879_9011导热夹层材料、散热片、散热板等
该技术的详细信息已于2020年2月14日发表在国际期刊《复合材料科学与技术》上。
阵列CNF高导热橡胶复合材料示意图
近年来，具有高散热性能的柔性热管理材料，例如用于柔性电子设备的热中间层材料和散热片引起了人们的关注。除了高导热性之外，这些还包括杨氏模量，高拉伸强度，高韧性然而，虽然CNT的热导率超过2000W/mK，但需要添加10wt%才能使复合材料的热导率达到2W/mK。此外，当添加大量CNF时，复合材料会失去柔韧性并变脆。一般来说，纤维状碳具有很强的内聚性，难以均匀地分散在复合材料中，因此很难形成纤维状碳彼此接触并在整个复合材料中连接的导热网络。此外，大纤维碳聚集体和橡胶材料之间的界面成为变形过程中断裂的起点。脆化背后的因素之一
AIST和东京大学的先进操作测量技术开放创新实验室正在开发一种以环动聚合物为基体的复合材料。通过在聚轮烷中添加表面经过水下等离子体改性的氮化硼颗粒，开发出了具有优异散热性能的橡胶材料。AIST 2018 年 3 月 6 日新闻稿）。聚轮烷由线性聚合物（聚乙二醇）和在其上移动的环状分子（环糊精）组成。超分子型橡胶，以环状分子为交联点，具有极低的杨氏模量和高韧性。通过水下等离子体处理在其表面引入羟基等官能团的氮化硼颗粒与聚轮烷的亲和力得到改善，从而形成导热橡胶复合材料。它的导热系数相对较高，为 2 W/mK，但这次我们致力于开发一种具有与金属相媲美的更高导热系数的橡胶复合材料。
此项开发得到了日本学术振兴会科学研究补助金 (B)（项目编号：16H04506，2016-2018）的部分支持。
新开发的橡胶复合材料含有聚轮烷填充物。 CNF 厚 200 nm，长 10 至 100 µm，CNT 厚 10 至 30 nm，长 05 至 2 µm。提高纤维状碳在橡胶材料中的分散性以及在复合材料中形成导热网络被认为是高导热率的关键。为了提高分散性，将CNF和CNT（CNF：CNT重量比9：1）分散在氯化钠水溶液中，并使用我们自主开发的流式水下等离子体改性装置进行表面改性。接下来，将表面改性的CNF/CNT混合物与聚轮烷、催化剂和交联剂在溶剂(甲苯)中混合，然后放入AC电场处理容器中，并在施加AC电场的同时进行交联反应以产生凝胶。将得到的凝胶在烘箱中加热除去溶剂，得到膜状复合材料。
图1显示了新开发的复合材料内部的电子显微镜图像。由于表面修饰，茧状聚集体变得松散，CNF 沿施加电场的方向排列。此外，小CNT缠绕在排列的大CNF周围并分散以连接CNF。据认为，少量的碳纳米管连接碳纳米管，在整个复合材料中形成导热网络，从而实现高导热性。
图1新开发的橡胶复合材料中CNF和CNT的排列和分散情况（电子显微镜图像）
图2显示了新开发的橡胶复合材料。即使添加50wt%的纤维状碳，它也表现出高柔韧性，并且即使在反复变形后也不会变脆。认为这是因为纤维状碳与聚轮烷的环状分子交联，环状分子移动，保持高柔软性，抑制脆化。
图2 所开发的橡胶复合材料的外观
图3显示了新开发的高导热橡胶复合材料与现有材料的杨氏模量和导热系数之间的关系。新开发的橡胶复合材料用星号表示，之前开发的使用氮化硼的橡胶复合材料用圆圈表示。绿色方块区域是柔性电子器件基板材料的发展目标。通过采用水下等离子体表面改性的纤维碳，获得了导热率比氮化硼基材料高一个数量级、杨氏模量更低（更软）的橡胶复合材料。我们相信，我们已经达到了可以将其作为柔性电子设备的热管理材料实际应用的水平。
图3 各种材料的杨氏模量与导热系数的关系
未来计划
未来，我们将通过优化CNF的取向和改性条件来提高导热性和柔韧性，同时通过对填料三维结构的观察和分析，阐明复合材料结构与性能之间的数学关系。此外，通过与公司的联合研究，我们的目标是开发和商业化组件和设备。