根据本研究的通讯作者，南京大学化学化工学院的Kai Xi（袭锴）等人于2026年在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上发表了一项关于高性能热界面材料的研究。

随着现代电子设备向高性能和小型化方向发展，热管理问题已成为限制其性能提升的关键瓶颈。热界面材料在电子设备的散热和绝缘中起着至关重要的作用，其性能直接影响设备的稳定性和使用寿命。传统的硅橡胶（silicone elastomer）虽然具有优异的热稳定性和电绝缘性，但其本征热导率（thermal conductivity）极低，仅为0.22−0.26 W·m⁻¹·K⁻¹。为提升热导率，通常需要向聚二甲基硅氧烷（PDMS）基体中填充高含量的导热粒子（thermally conductive particles，TCPs），如氧化铝、氮化硼等。然而，高填充量往往会严重劣化材料的机械性能，使其变脆并降低弹性和抗撕裂性，这限制了其在热管理中的应用。因此，如何开发兼具高导热和优异机械性能的硅橡胶复合材料是该领域的核心挑战。

针对这一问题，研究团队提出了利用超支化聚合物（hyperbranched polymers, HBPs）进行纳米工程改性的新策略。超支化聚合物具有三维支化结构、丰富的末端官能团和高效的功能设计性。令人惊讶的是，由超支化聚合物介导的表面处理和化学改性策略可以在实现高填料填充量的同时，有效保留材料的韧性和强度，为设计聚合物基热界面材料提供了新范式。其中，超支化聚硅氧烷（hyperbranched polysiloxane，HPSi）因其独特的分子结构特征，非常适用于硅橡胶的功能改性，但此前尚无将其用于构建高性能硅橡胶热界面材料的研究报道。因此，该研究旨在通过合成一种新型的乙烯基超支化聚硅氧烷（HPSi-Vi），并将其引入硅橡胶基体，以克服传统材料导热性与机械性能此消彼长的矛盾。

该研究的工作流程主要分为三个阶段。第一阶段是合成一系列具有不同乙烯基含量的纳米级超支化聚硅氧烷（HPSi-Vi）。研究团队采用控制水解-缩合反应（controlled hydrolysis−condensation reactions），通过精确调控甲基三甲氧基硅烷（MTMS）和乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）两种单体的摩尔比，成功制备了四种HPSi-Vi。根据VTMS在反应单体中的摩尔比（2.5 mol%至20 mol%），这些聚合物被分别命名为HPSi@1、HPSi@2、HPSi@3和HPSi@4，其乙烯基含量从0.34 mmol·g⁻¹梯度增加至2.61 mmol·g⁻¹。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、核磁共振（¹H NMR, ¹³C NMR, ²⁹Si NMR）和凝胶渗透色谱（GPC）等表征手段，验证了其分子结构、超支化构型（支化度DB > 0.5）和纳米级尺寸（动态光散射DLS测得的平均粒径为182−396 nm）。

第二阶段是将合成的HPSi-Vi作为多功能交联剂，引入到聚甲基乙烯基硅氧烷（PMVS）基体中，制备改性硅橡胶（SR/HPSi）。研究团队将PMVS与纳米二氧化硅（SiO₂）混炼成胶料，再加入不同种类和份数（5−20 phr）的HPSi-Vi以及交联剂DBPMH，通过双辊开炼机混合，并在160 °C、10 MPa下热压硫化25分钟，最后在180 °C下进行二次硫化2小时，得到一系列改性硅橡胶弹性体。作为对照，还以同样方法制备了不含HPSi-Vi的纯硅橡胶（SR）。

第三阶段是构建导热复合材料。研究团队选择了三种不同形貌和粒径的陶瓷填料（氮化铝AlN、六方氮化硼h-BN和碳化硅SiC，按质量比1:2:2混合）作为导热粒子（TCPs）。将这些TCPs按不同质量分数（0−50 wt%）与HPSi-Vi、DBPMH一同加入到含二氧化硅的胶料中，使用双辊开炼机充分混合，随后采用同样的热压和二次硫化工艺，最终制得了一系列改性的导热复合材料（TCSR/HPSi-z，z代表TCPs的质量分数）以及相应的未改性对照组（TCSR-z）。

研究结果清晰地揭示了HPSi-Vi的多重增强机制。首先，在硅橡胶基体层面，HPSi-Vi的加入显著提升了交联密度（cross-linking density, γe），并有效抑制了纳米二氧化硅的团聚行为。扫描电镜（SEM）图像和统计分析显示，改性弹性体SR/HPSi@3-10%中二氧化硅簇的平均粒径（17.3 ± 0.8 nm）显著低于未改性的SR（20.1 ± 0.4 nm），表明分散性得到改善。这种均匀分散和高效的交联网络共同赋予了材料卓越的机械性能。其中，SR/HPSi@3-10%表现出最优的综合性能，其撕裂强度（tear strength）高达38.1 kN·m⁻¹，相比SR的23.8 kN·m⁻¹提升了60.1%。其拉伸强度和韧性也分别达到11.4 MPa和28.1 MJ·m⁻³，分别是SR的1.2倍和1.4倍。

其次，在导热复合材料层面，HPSi-Vi的引入成功地在提高导热性的同时维持了良好的机械性能。当TCPs含量达到50 wt%时，优化后的复合材料TCSR/HPSi-50%表现出最佳的导热性能，其面外热导率（through-plane thermal conductivity, κ⊥）达到1.51 W·m⁻¹·K⁻¹，相较于纯硅橡胶（0.26 W·m⁻¹·K⁻¹）提升了505%，也高于未改性的TCSR-50%（1.40 W·m⁻¹·K⁻¹）。这一增强效果归因于HPSi-Vi介导的界面增强效应。通过Owens−Wendt−Rabel−Kaelble方法计算得出的粘附功（adhesion work, Wa）显示，TCSR/HPSi复合材料体系的Wa值（68.4 mJ·m⁻²）显著高于TCSR体系（62.1 mJ·m⁻²），表明HPSi-Vi的添加促进了低极性的聚合物基体与高极性填料表面之间形成更强的相互作用，增强了界面结合强度。进一步通过Foygel模型计算，TCSR/HPSi体系的界面热阻（interfacial thermal resistance, Rc）为0.89 × 10⁶ K·W⁻¹，低于TCSR体系的0.91 × 10⁶ K·W⁻¹，从而降低了声子散射，提升了传热效率。红外热成像实验也直观证实了TCSR/HPSi-50%具有更快、更均匀的传热和散热能力。在机械性能方面，尽管高含量TCPs会导致复合材料刚性的增加和断裂伸长率的下降，TCSR/HPSi-50%仍保持了6.4 MPa的拉伸强度，优于未改性的TCSR。

综合性能评估表明，TCSR/HPSi-50%不仅具备优异的导热与机械强度平衡，还拥有出色的电绝缘性（体积电阻率volume resistivity为0.52 × 10¹⁵ Ω·cm）和热稳定性（在氮气氛围下的最大热降解温度Td,max为533 °C），并且在多次加热-冷却循环中表现出稳定的热导率。

该研究结论指出，通过将功能化纳米超支化聚硅氧烷（HPSi-Vi）整合到硅橡胶基体中，成功构建了一种多级交联网络，实现了复合材料高导热与卓越机械性能的协同提升。HPSi-Vi扮演了多功能交联剂和界面改性剂的双重角色：既能通过提供多乙烯基交联位点增加弹性体的交联密度和纳米填料的分散性，又能增强基体与导热填料间的界面粘附功，降低界面热阻。这一策略为制备综合性能优异的热界面材料提供了可规模化的新途径。

该研究的亮点在于，它巧妙地利用具有纳米尺寸和超支化拓扑结构的聚硅氧烷，从根本上解决了传统热界面材料中导热性与机械性能难以兼顾的难题。与传统通过填料表面处理来单一改善界面相容性的策略不同，HPSi-Vi改性策略提供了一个更为一体化的解决方案，它同时强化了聚合物基体本身并优化了导热通路。在与已报道的同类PDMS基热界面材料的性能对比中，TCSR/HPSi-50 wt%在1.51 W·m⁻¹·K⁻¹的较高热导率水平下，所展现出的6.4 MPa拉伸强度，达到了最好的平衡，显示出该材料在新一代高功率电子器件热管理中的巨大应用潜力。