中国科学院化学研究所高分子物理与化学实验室赵宁课题组在本征高导热聚合物及其复合材料研究方面取得进展。聚对苯撑苯并二噁唑（PBO）纤维具有优异的机械、耐热、阻燃和耐溶剂性能，且高度取向及结晶结构使其轴向热导率堪比部分金属和陶瓷，但这种低维材料难以直接用于热管理。该课题组通过剥离PBO纤维获得纳米纤维分散液，以PBO纳米纤维为构筑单元制备薄膜，发展了溶胶-凝胶-薄膜转变与热退火结合的新方法，降低了薄膜内部缺陷、提高了纳米纤维取向程度和纤维间的相互作用力（图1）。该工作所制备薄膜的面内热导率达到36.7 W/mK，比常规聚合物（<0.5 W/mK）提高了两个数量级，是304不锈钢（~ 15 W/mK）的2.4倍。该薄膜保持了优异的电绝缘、耐高温、阻燃、机械等性能，为复杂环境中的高温热管理提供了可靠选择。 

　　进而，该研究以PBO纳米纤维为“泥”、MXene纳米片为“砖”，构筑了仿贝壳“砖泥”结构的复合薄膜。研究发现，通过质子消耗诱导均匀凝胶化，可显著抑制纳米纤维和纳米片自身的聚集，含20 wt% MXene的复合薄膜可形成精细的“砖-泥”取向结构，面内热导率可达42.2 W/mK，复合薄膜的强度、韧性、热稳定和阻燃等性能得到进一步提升。此外，PBO有效阻隔了MXene纳米片间的电子传导路径，所得薄膜保持了优异的电绝缘性能（图2），为使用导电型导热填料制备导热但电绝缘热管理材料提供了新思路。 

　　相关研究成果发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会和中国科学院的支持。

图1. PBO薄膜的制备过程

图2. PBO/MXene复合薄膜的各向异性热传导和电绝缘示意图