本文档属于类型b（综述论文），以下是针对Wang等人在《Advanced Functional Materials》发表的综述《A roadmap review of thermally conductive polymer composites: critical factors, progress, and prospects》的学术报告：

作者及发表信息

该综述由Zhengfang Wang等来自哈尔滨理工大学、南京林业大学、东北林业大学、格拉斯哥大学、北umbria大学、加州大学洛杉矶分校等十余所机构的学者联合撰写，2023年发表于《Advanced Functional Materials》第33卷第36期（DOI: 10.1002/adfm.202301549）。

主题与背景

本文系统回顾了导热聚合物复合材料（Thermally Conductive Polymer Composites）的研究进展，聚焦于5G通信、电子封装和能源传输领域的热管理需求。随着电子设备小型化和高集成化发展，散热问题成为制约性能与可靠性的关键瓶颈。聚合物基复合材料因轻质、易加工和低成本等优势成为研究热点，但其导热系数（Thermal Conductivity Coefficient, λ）远低于理论预期，亟需深入理解传热机制并优化材料设计。

主要观点与论据

1. 导热机制的多尺度理论框架

• 声子主导传热：在聚合物中，热传导主要通过声子（Phonon）振动实现，但非晶区分子链的无序排列和缺陷导致声子散射严重，λ值普遍偏低（0.1~0.5 W·m⁻¹·K⁻¹）。
  
• 多尺度模型：
  
  • 微观模型（如分子动力学模拟）解析原子振动与界面热阻（Interfacial Thermal Resistance, ITR）；
    
  • 宏观模型（如广义傅里叶定律）描述非傅里叶效应；
    
  • 介观模型（基于玻尔兹曼方程）平衡计算效率与精度，成为主流方法。
    
• 证据：Zhang等通过玻尔兹曼方程预测聚乙烯晶体在120 K出现声子流体动力学现象，修正了传统Guyer判据的局限性。
  

2. 影响导热性能的关键因素

• 填料特性：
  
  • 类型：陶瓷（如氮化硼BN，λ=180 W·m⁻¹·K⁻¹）和碳材料（如石墨烯，λ=5300 W·m⁻¹·K⁻¹）各有优劣，前者绝缘性好，后者导热性高但需解决导电问题。
    
  • 形貌与取向：片状填料（如BNNS）通过真空过滤定向排列可形成面内导热网络（λ=13.2 W·m⁻¹·K⁻¹，50 wt%）。
    
• 界面工程：共价功能化（如硅烷偶联剂KH-560修饰BN）和非共价改性（如多巴胺涂层）可降低ITR。例如，Guo团队通过氟化PI与BN的共价键合，将λ值从0.19提升至0.71 W·m⁻¹·K⁻¹。
  
• 填料协同效应：混合填料（如BNNS与碳纳米管）可构建三维导热网络。Zhang等设计的PI/BNNS/CNT@αPVA薄膜在低填充量下实现λ=8.4 W·m⁻¹·K⁻¹。
  

3. 制备工艺的创新

• 定向技术：磁场诱导（Fe₃O₄修饰BNNS）、电场排列（石墨烯/PVDF）和热压法（环氧树脂/BN）可优化填料取向。Kim等通过磁场控制BNNS取向，使复合材料λ值提升72.6%。
  
• 三维网络构建：冰模板法（Ice-Templating）和冷冻干燥可形成垂直互连结构。Yao团队利用冷冻铸造法制备的SiC纳米线网络，在2.17 vol%填充量下实现λ=1.67 W·m⁻¹·K⁻¹。
  

4. 应用与挑战

• 电子器件散热：导热界面材料（Thermal Interface Materials, TIMs）需兼顾高λ值、低接触热阻和绝缘性。Wang等开发的BNNS-LM/PUUE复合材料（λ=26.6 W·m⁻¹·K⁻¹）展示了柔性电子中的应用潜力。
  
• 现存问题：高填充量导致机械性能下降，填料分散不均及界面缺陷仍需解决。未来需开发低填充高效网络和新型有机导热填料（如螺旋结构PBO纤维）。
  

意义与价值

1. 学术价值：整合了从原子尺度到宏观尺度的导热理论，提出了界面热阻调控的普适性策略。
   
2. 应用价值：为5G设备、动力电池等领域的散热材料设计提供了路线图，尤其强调低填充量下的高性能化。
   
3. 创新亮点：
   
   • 首次系统评述声子流体动力学在聚合物晶体中的表现；
     
   • 提出“填料协同效应”量化公式（f值计算），指导混合填料设计；
     
   • 聚焦新兴材料（如硼砷化物BAS）和仿生结构（如螺旋取向）。
     

该综述通过300余篇文献的梳理，为下一代导热复合材料的开发奠定了理论基础与技术框架。