隨著電子信息科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和進(jìn)步，小型化、集成化電子設(shè)備和元器件的輸出功率越來越大，由此產(chǎn)生的熱量也越來越大，從而影響設(shè)備的工作效率和使用壽命，有時(shí)甚至?xí)＜吧踩Ｒ虼?，需要高?dǎo)熱材料將器件內(nèi)部所產(chǎn)生的熱量傳遞到儀器殼體，最終傳遞到外部空間，保證器件中各個(gè)關(guān)鍵部件在正常的溫度下工作，尤其在航空航天領(lǐng)域中的載人航天器，可以保證航天員在舒適的環(huán)境中進(jìn)行太空探索，同時(shí)也可以高效、經(jīng)濟(jì)地利用熱量 ，具有重要的科學(xué)研究意義及實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

聚合物具有電絕緣性好、柔性佳、密度低、耐腐蝕、價(jià)格低廉且可加工性能好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域，然而，由于聚合物自身的導(dǎo)熱性能不佳，其導(dǎo)熱率在0.1 Ｗ ／（ ｍ · Ｋ ）左右，無法滿足工業(yè)用高導(dǎo)熱材料的要求。因此，常在聚合物基體中引入大量高導(dǎo)熱的粒子填料，賦予其導(dǎo)熱性能，制備電絕緣高導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料，包括碳基填料 、金屬填料及陶瓷填料，形成復(fù)合材料。其中金屬填料和碳基填料具有導(dǎo)電性，有一定的局限性；而陶瓷填料因自身具備優(yōu)越的電絕緣性與導(dǎo)熱性而備受青睞。氮化硼（ ＢＮ ）作為一種重要的陶瓷材料，具有優(yōu)異的電絕緣性和導(dǎo)熱性能，其中氮化硼納米管具有極高導(dǎo)熱率（600Ｗ ／（ ｍ · Ｋ ）），廣泛用于制備電絕緣導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料。

本文論述了氮化硼納米管／聚合物納米復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的研究現(xiàn)狀，包括氮化硼納米管的結(jié)構(gòu)與形態(tài)、制備方法、基體中的取向方式、導(dǎo)熱性能等相關(guān)進(jìn)展，可望為填料型導(dǎo)熱聚合物納米復(fù)合材料的研究提供思路借鑒與技術(shù)參考。

氮化硼納米管（ BNNT ）是直徑處于納米級(jí)別的中空纖維狀結(jié)構(gòu)，可分為單壁納米管（ＳＷBNNT ）與多壁納米管（ ＭＷBNNT ）兩種結(jié)構(gòu)。其中 ＳＷＢＮＮＴ 是由單層 h-BN 沿一個(gè)方向卷曲而形成管狀，根據(jù)B-N鍵的幾何排列方式，可把 BNNT分為 ｚigzag（ ０° ）、 ａrm-chair（ 30°）及ｈelical（ ０°～30° ）等 ３ 種構(gòu)象，如圖 １ 所示；ＭＷＢＮＮＴ是由多層 h-BN 卷曲而成，如圖２所示 。由于中B-N 共價(jià)鍵具有部分離子性（長度是0.144ｎｍ ），導(dǎo)致了相鄰 ＢＮ 層之間相互作用力較大，使Ｂ和 Ｎ 原子沿著某一方向不斷疊加，優(yōu)先形成雙層或多層管狀結(jié)構(gòu)，從而提高了整體的穩(wěn)定性，這種特殊的Ｂ－ Ｎ堆積特點(diǎn)，使得ＢＮ 很難形成單壁結(jié)構(gòu)，多以多壁結(jié)構(gòu)為主。

作為一個(gè)經(jīng)典的一維納米管材料，  BNNT 制備過程主要基于傳統(tǒng)的氣液固生長機(jī)理，即在高溫條件下，催化劑開始液化或呈部分熔融狀態(tài)，與反應(yīng)腔中的原料前驅(qū)體蒸汽形成低共熔體。在反應(yīng)過程中，ＢＮ 不斷堆積 直 到 飽 和 狀 態(tài)，最 終 形 成  BNNT 而 析 出。在 BNNT的制備過程中，硼前驅(qū)體的類型、催化劑、溫度、加熱方式和時(shí)間等條件是決定  BNNT 尺寸的關(guān)鍵控制因素。目前，對(duì) ＢＮＮＰ的制備過程，主要包括電弧放電，取代反應(yīng)，化學(xué)氣相沉積（ＣＶＤ ），球磨，激光燒蝕等。

圖１ 單壁ＢＮＮＴ的構(gòu)造及構(gòu)象

圖２ 多壁ＢＮＮＴ的結(jié)構(gòu)模型

電弧放電法是 Ｃhopra等于１995年首先提出用于制備 ＢＮＮＴｓ 。此方法主要過程是將 ＢＮ 填充到空心的鎢棒中，構(gòu)成復(fù)合陽極，經(jīng)過淬火后的銅板作為陰極，在陰陽兩極之間進(jìn)行放電， ＢＮ 蒸汽沉積在銅板上形成ＢＮＮＴ 。通過次方法， Ｃhopra等獲得了內(nèi)孔直徑約為１～３ｎｍ 、長度約為200ｎｍ 的ＢＮＮＴｓ 。后來，Ｎarita等采用導(dǎo)電的 ＹＢ_６ 做硼源，在氮?dú)夂蜌鍤饣旌蠚怏w的條件下利用電弧放電制備出長達(dá) ４～６ μ ｍ 、管徑尺寸為４～１０ｎｍ 的 ＭＷＢＮＮＴ 。但是，此制備方法對(duì)硼源和設(shè)備都有一定的要求，往往需要導(dǎo)電的硼化物或是制作硼的導(dǎo)電電極，因此 ＢＮＮＴｓ的產(chǎn)率較低。

如 Ｈａｎ 等通過此方法獲得了尺寸與被取代ＣＮＴ 尺寸相近的 ＢＮＮＴ 。隨后，他們利用 ＮＨ ３ 替換Ｎ _２ 研 究 Ｂ _２ Ｏ _３ 在 １260 ℃ 溫 度下與碳氮納米管（ ＣＮ ｘ ＮＴｓ ）或碳納米管（ ＣＮＴｓ ）反應(yīng)過程，大大的提高ＢＮＮＴ的反應(yīng)產(chǎn)率。此外， Ｂorowiak-Palen等則通過此方法成功的制備了 ＭＷＢＮＮＴｓ 。盡管，取代反應(yīng)法可以大大的提高 ＢＮＮＴ 的產(chǎn)率，但由于 ＣＮＴ 中的碳原子不能完全被氮原子取代，因此所獲得的 ＢＮＮＴ純度不高。

化學(xué)氣相沉積法（ ＣＶＤ ）是目前使用最廣泛的納米管制備技術(shù)，由于其產(chǎn)率高且操作簡便，是制備 ＣＮＴ和ＢＮＮＴ主要方法之一。至今已有大量的文獻(xiàn)報(bào)道了通 過 ＣＶＤ 法來制備 ＢＮＮＴ 。如 Ｌourie等用（ ＮＨ _４ ）_２ ＳＯ ４和 ＮａＢＨ _４ 進(jìn)行 反應(yīng)，得到基硼嗪（Ｂ _３ Ｎ _３ Ｈ _６ ），再通過反應(yīng)合成 ＢＮＮＴｓ 。此研究還證明了 ＮｉＢ 和 Ｎｉ_２ Ｂ 是獲得最高 ＢＮＮＴ 產(chǎn)率、最有效的前體。 Ｍａ 等表明 ＢＮＮＴｓ 可以在沒有任何金屬催化劑的情況下使 用三聚氰胺二硼酸鹽 （ Ｃ_３ Ｎ _６ Ｈ _６ ·_２Ｈ _３ ＢＯ _３ ）合成。

近來，對(duì) ＣＶＤ 法進(jìn)行改進(jìn)，使用硼和金屬氧化物進(jìn)行 ＢＮＮＴｓ 合成，即所謂的 ＢＯＣＶＤ 法。此方法可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、高效率地生產(chǎn) ＢＮＮＴｓ。如Ｍari-anithya等使用Ｂ ／ Ｖ _２ Ｏ _５ ／ Ｆｅ _２ Ｏ _３ 和 Ｂ ／ Ｖ _２ Ｏ _５ ／ Ｎｉ _２ Ｏ _３的混合物作為前驅(qū)體來批量制備 ＢＮＮＴ ，通過此方法可以控制 ＢＮＮＴｓ 的尺寸，實(shí)現(xiàn)不同 ＢＮ 納米尺度的制備。此外， Ｍａｔｖｅｅｖ等對(duì)氧化硼化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行改進(jìn)，將硼、氧化亞鐵和氧化鎂的混合 物加熱至1150℃ ，生成的氣態(tài)氧化硼在氨氣氣流影響下，向放置有塊體材料氮化硼棒狀物的反應(yīng)腔內(nèi)流動(dòng)，氮化硼棒狀物表面沉積有硝酸鋰，在1280-1320 ℃下制備出高純度的多壁 ＢＮＮＴｓ ，管徑尺寸為30-50ｎｍ ，如圖３所示。

圖３生 產(chǎn) ＢＮＮＴ 的 過 程 及 裝 置。ＢＮＮＴ 形 貌 的ＳＥＭ 圖（右上）

球磨法主要通過增加反應(yīng)物的表面積，使催化劑、硼和氮前驅(qū)物盡可能接觸，在球磨過程中，使反應(yīng)原料結(jié)構(gòu)微納米化，增加反應(yīng)物的活性，球磨后再對(duì)粉體材料進(jìn)行高溫退火，使原料的反應(yīng)活性增加，使其在相對(duì)較低的溫度下發(fā)生氮化反應(yīng)生成 ＢＮＮＴｓ 。如 2003年， Ｂｅａ等將硼粉和六方氮化硼進(jìn)行混合球磨20ｈ ，獲得顆粒粒徑近100-200ｎｍ 的無定形粉體材料，球磨后的材料承載于沉積有催化劑鐵的氧化鋁基片上，在氨氣氣氛及 １000-1200 ℃ 的高溫下進(jìn)行退火處理，獲得呈竹節(jié)狀結(jié)構(gòu)和圓柱形結(jié)構(gòu)的ＢＮＮＴｓ 。2013年， Ｌｉ等報(bào)道了非晶硼在 ＮＨ_３ 氣氛（ 300ｋpa ）下球磨150ｈ ，將研磨的硼和Ｆｅ（ ＮＯ _３ ）_３ 在乙醇中超聲處理３０ 分鐘，然后在 ８５％Ｎ_２ 和 １５％Ｈ _２ 混合氣體下進(jìn)行退火處理，最后合成了竹節(jié)狀、直徑約為４０～８０ｎｍ 的ＢＮＮＴｓ 。

激光燒蝕是利用具有高能量的激光束轟擊靶材，使制備 ＢＮＮＴｓ 的原料在短時(shí)間里迅速加熱熔化，通過蒸發(fā)后經(jīng)冷卻結(jié)晶得到 ＢＮＮＴｓ 。如 Ｇｏｌｂｅｒｇ 等首次成功利用激光燒蝕法制備出外壁直徑 在 ３～１５ｎｍ 的 ＭＷＢＮＮＴｓ 。 Ｓｍｉｔｈ 等不用任何催化劑，利用激光加熱靶材激發(fā)出氣態(tài)硼，與含氮?dú)庠诶淠髦蟹磻?yīng)成核，得到結(jié)晶度高、管徑小的ＢＮＮＴｓ ，并且產(chǎn)率也相當(dāng)高。

納米管陣列是指納米管沿著管軸方向彼此相互平行，高度密集地生長并聚集在一起呈現(xiàn)出生長取向基本一致的納米管陣列形態(tài)。 Ｂechelany等將聚合物熱解和模板法結(jié)合在一起，制備出高密度、取向高度一致的 ＢＮＮＴｓ陣列。該方法包括四個(gè)步驟，即液相聚合硼嗪的合成，氧化鋁膜的液相滲透，聚合物在氮?dú)鈿夥铡?20０℃條件下熱分解，以及模板蝕刻。 Ｌｅｅ等首次通過催化 ＣＶＤ 合成了模型化的 ＢＮＮＴｓ （如圖４ ），為了制造純度高和垂直取向的 ＢＮＮＴｓ ，在Ｓｉ襯底上涂覆３０ｎｍ 厚的氧化鋁薄膜，然后再濺射一層氧化鎂、鎳或鐵的薄膜，再將該基底放入一端封閉的石英管中，在氨氣氣氛和１100-1200 ℃條件下制備高產(chǎn)率的ＢＮＮＴｓ 。

圖 ４Ｓｉ 襯底上的多壁 ＢＮＮＴ 圖案化生長（添加了人造色素）

2016年， Ｂｅｌｋｅｒｋ首次報(bào)道了用催化化學(xué)氣相沉積法（ ＣＣＶＤ ）制備了垂直取向氮化硼納米管。他們利用沉積在熔融石英上的鉑（ Ｐｔ ）薄膜作為襯底和懸浮于異丙醇中的 ＭｇＯ 粉末作為催化劑，將約懸浮液滴加到基底上以覆蓋Ｐｔ薄膜，然后將催化基質(zhì)置于載有前體粉末（ Ｂ:ＭｇＯ:ＦｅＯ 摩爾比為４:１:１ ）的氧化鋁燃燒舟上，再把該裝置裝入封閉的石英管內(nèi)，并將整個(gè)裝置置于水平管爐中，催化涂層朝上，然后在氨氣氣氛和１２００℃條件下，并保持一定生長時(shí)間，最后獲得了具有低缺陷，高結(jié)構(gòu)有序性的高質(zhì)量 ＢＮＮＴｓ 。 Ｔａｙ提出了一個(gè)簡單而有效的兩步合成路線，即模板法輔助化學(xué)氣相沉積，在９００℃下退火，最終獲得了垂直取向的ＢＮＮＴｓ陣列，管長超過了毫米級(jí)別。

目前， ＢＮＮＴｓ 陣列的制備多以氧化鋁為基輔助其他制備方法，需要多步沉積濺射，生長結(jié)束后往往需要腐蝕掉多孔基板，再對(duì) ＢＮＮＴｓ 進(jìn)行表征分析。實(shí)驗(yàn)方法復(fù)雜，操作步驟繁瑣，最后得到的產(chǎn)品的產(chǎn)量也不如人意。因此，未來的發(fā)展方向是探索出一套既簡單又高效的ＢＮＮＴｓ陣列的制備方法，從而推動(dòng) ＢＮＮＴｓ在聚合物基體中的優(yōu)異性能的充分發(fā)揮。

與 ＣＮＴ 相似， ＢＮＮＴ 具有相當(dāng)高的導(dǎo)熱率，其導(dǎo)熱率可以達(dá)到 ３５０Ｗ ／（ ｍ · Ｋ ）。實(shí)際上，由于對(duì)納米尺度導(dǎo)熱性能的測試比較困難，無法確定單個(gè)納米管實(shí)際導(dǎo)熱率，然而可以通過理論模擬和間接實(shí)驗(yàn)計(jì)算等方法可以獲得單根ＢＮＮＴ的導(dǎo)熱率值，據(jù)報(bào)道其理論導(dǎo)熱率可達(dá)6000Ｗ ／（ ｍ · Ｋ ）或者更高 。

由于ＢＮＮＴ不導(dǎo)電，其熱能運(yùn)輸主要以聲子振動(dòng)模式傳導(dǎo)熱量 。在納米管中，聲子活躍數(shù)、界面散射、自由程和倒逆散射過程等都會(huì)對(duì)其輸運(yùn)產(chǎn)生重要的影響。同時(shí)， ＢＮＮＴ 原子結(jié)構(gòu)、管的長徑比、結(jié)構(gòu)缺陷的數(shù)量和形態(tài)以及純度等卻決定了聲子的傳播速度和自由程。實(shí)際上，在 ＢＮＮＴ 生長過程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種結(jié)構(gòu)缺陷，這必然會(huì)降低聲子的輸運(yùn)速度，減少其輸運(yùn)自由程，從而對(duì) ＢＮＮＴ 的導(dǎo)熱性能產(chǎn)生巨大的影響。一般來說，完美的納米管由六邊形構(gòu)成的圓柱形，其在尖端處具有最小缺陷，可以形成封閉的無縫結(jié)構(gòu)。但是，在納米管生長過程中往往會(huì)形成拓?fù)淙毕?，如非六角形或與空位。例如，ＢＮＮＴ尖端處形成的四元環(huán)（ Ｂ_２ Ｎ _２ 正方形）代替了原來的五元環(huán)，會(huì)導(dǎo)致拐角變?yōu)橹苯牵焕诼曌觽鬏?。此外，ＢＮＮ?具有較大的縱橫比和表面積以及較長的聲子平均自由程，這些因素都影響聲子的輸運(yùn)過程。另外，管壁的數(shù)量也會(huì)影響聲子的輸運(yùn)過程，對(duì)于ＳＷＢＮＮＴ 而言，其導(dǎo)熱性能明顯高于 ＭＷＢＮＮＴ，主要是因?yàn)闊醾鬏斨饕ㄟ^最外層壁進(jìn)行和由于內(nèi)管壁的倒逆散射過程的發(fā)生，壁與壁之間的間隙導(dǎo)致了熱阻的形成，從而不利于聲子的連續(xù)輸運(yùn)。理論計(jì)算研究表明，ＳＷＢＮＮＴ具有更多的聲子振動(dòng)，具有相對(duì)較低的缺陷密度，更有利于聲子的連續(xù)輸運(yùn)，從而具有更高的熱導(dǎo)率。

ＢＮＮＴｓ 自 20 世紀(jì)90 年代末問世以來，引起了廣泛的關(guān)注。然而，由于 ＢＮＮＴｓ 制備工藝不成熟，導(dǎo)致低產(chǎn)率、低純度、結(jié)晶度不佳、無法有效控制納米管的形貌以及結(jié)構(gòu)等問題限制了其快速發(fā)展。目前，ＢＮＮＴｓ主要用作聚合物的導(dǎo)熱填料來制備導(dǎo)熱聚合物納米復(fù)合材料。如２006年， Ｚhi等采用 BOCVD法合成 的 ＢＮＮＴｓ 用溶液法制備／ ＢＮＮＴ ／聚苯乙烯（PS ）復(fù)合材料。隨后， Golberg 等報(bào)道了10％ （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的 ＢＮＮＴ ／聚甲基丙烯酸甲酯（ PMMA ）復(fù)合材料的導(dǎo)熱率是純 PMMA 的 ３ 倍。2010 年， Ter-ao通過靜電紡絲技術(shù)制備 了ＢＮＮＴ ／聚 乙 烯 醇（PVA）復(fù)合纖維（ ＜５％ （體積分?jǐn)?shù)） ＢＮＮＴｓ ），通過外應(yīng)力誘導(dǎo) ＢＮＮＴｓ 在纖維軸方向取向，然后將幾個(gè)聚合物納米復(fù)合纖維層，以不同方式堆疊（平行或交替地旋轉(zhuǎn) 90° ），并經(jīng)過熱壓后得到一個(gè)多層膜，如圖 ５ 所示，然后對(duì)該熱壓膜的導(dǎo)熱性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其導(dǎo)熱率有了較明顯的提高。

Ｚhang等將ＢＮＮＴｓ ／ ＰＶＡ 水溶液涂布在培養(yǎng)皿上，待水分蒸發(fā)后，獲得了 ＢＮＮＴ 在 ＰＶＡ 薄膜中隨機(jī)分散的納米復(fù)合材料。然后研究了 ＢＮＮＴｓ在基體中的排列方式對(duì)復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能的影響，如表１所示 。發(fā)現(xiàn)ＢＮＮＴ形成９０°交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)后，無論 Ｘ方向還是 Ｙ 方向的導(dǎo)熱性都有一定提升； ＢＮＮＴ 在單一方向上取向的復(fù)合膜，Ｙ 方向的導(dǎo)熱性是隨機(jī)分散情況的兩倍多；再將交替堆疊的復(fù)合膜與具有沿一個(gè)方向排列的 ＢＮＮＴ 的復(fù)合膜進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)前者 Ｘ 方向上的導(dǎo)熱率越高，可能是由于導(dǎo)熱路徑更多，后者在Ｙ方向上的導(dǎo)熱率約是前者的 ２ 倍。由此表面，ＢＮＮＴｓ 相互接觸和單一取向都能改善復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。

表１不同ＢＮＮＴｓ排列方式的 

Bechelany等使用納米級(jí)模板通道從液態(tài)聚合硼雜環(huán)嗪合成高度有序的 ＢＮＮＴ 陣列，如圖６所示，雖然雖然他們最終沒有制備聚合物納米復(fù)合材料，但是該制備方法簡單且低成本，且可原位合成制備聚合物納米復(fù)合材料。例如，將聚合物和無機(jī)材料結(jié)合使用，使無機(jī)材料熱解，形成具有取向的 ＢＮＮＴｓ ／聚合物復(fù)合材料。另外，通過改變所用模板膜的厚度和納米通道直徑，可以任意控制聚合物中納米管的長度和直徑。

圖 ６?。拢危危裕?陳列形貌的 ＳＥＭ 圖

Ｚeng等利用溶液混合法制備了ＢＮＮＴｓ／纖維素納米纖維復(fù)合材料，他們發(fā)現(xiàn)２５％含量的ＢＮＮＴｓ就可使該復(fù)合材料的導(dǎo)熱率達(dá)到了21.39Ｗ ／（ ｍ · Ｋ ），他們認(rèn)為這是因?yàn)樵诶w維素納米纖維與 ＢＮＮＴｓ 之間形成了強(qiáng)烈的界面相互作用，降低了界面熱阻效應(yīng)，促使熱流在復(fù)合材料內(nèi)部連續(xù)輸運(yùn)引起的。

Ｗang等以 Ｌｉ_３Ｎ 為促進(jìn)劑合成了 ＢＮＮＴｓ，并與熱塑性聚氨酯（ ＴＰＵ ）復(fù)合制備納米復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)１％ （質(zhì)量分?jǐn)?shù)） ＢＮＮＴ 的含量就可以使該復(fù)合薄膜的面內(nèi)導(dǎo)熱率達(dá)到了14.5 Ｗ ／（ ｍ · Ｋ ），比純 ＴＰＵ 的導(dǎo)熱率增加了４００％ 。

Ｆｕ 等制備了ＢＮＮＴｓ ／纖維素納米纖維復(fù)合材料，以銀納米粒子 ＢＮＮＴｓ ，從而降低了 ＢＮＮＴｓ 之間的界面熱阻，通過該方法制備的納米復(fù)合材料，其導(dǎo)熱率達(dá)到了20.9Ｗ ／（ ｍ · Ｋ ）。

Ｐietri 等研究了ＢＮＮＴ ／ ＰＣＬ 納米復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，發(fā)現(xiàn) 30％ＢＮＮＴｓ 的含量可以使 ＰＣＬ 的導(dǎo)熱率提高了４倍，但是高含量 ＢＮＮＴｓ的添加卻改變了其流變性能。

至今，盡管有不少文獻(xiàn)報(bào)道了 ＢＮＮＴｓ ／聚合物納米復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，但是基于 ＢＮＮＴｓ 制備工藝問題及其在聚合物中易團(tuán)聚、分散不均勻，并且與基體形成界面熱阻和接觸熱阻等問題，使得該納米復(fù)合材料的發(fā)展收到極大的應(yīng)用限制。 為了充分開發(fā)ＢＮＮＴｓ ／聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，需要控制ＢＮＮＴｓ和聚合物之間的界面結(jié)構(gòu)問題，進(jìn)而闡明其導(dǎo)熱機(jī)理是未來所要面對(duì)的一個(gè)主要研究方向之一。

在聚合物復(fù)合材料中，熱導(dǎo)率不僅與聚合物基的導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)，而且還與ＢＮＮＴ的導(dǎo)熱系數(shù)、管徑、相對(duì)含量、分散度及取向方式等諸多因素有關(guān)。一般而言， ＢＮＮＴ 本身導(dǎo)熱性能遠(yuǎn)優(yōu)于聚合物材料，無論以何種形式加工或多少相對(duì)含量添加 聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能都會(huì)較純聚合物基體的高。當(dāng) ＢＮＮＴ 用量較少時(shí)，大部分填料被聚合物基體包裹，彼此之間不能形成真正的相互接觸和作用，對(duì)聚合物復(fù)合材料導(dǎo)熱性貢獻(xiàn)不大。此時(shí)體系相當(dāng)于“串聯(lián)電路”，導(dǎo)熱系數(shù)由較低的聚合物基體決定，導(dǎo)致聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)也較低。當(dāng) ＢＮＮＴ 之間達(dá)到真正意義上的接觸和相互作用時(shí)，體系中才能形成類似鏈狀或網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，即類似“并聯(lián)電路”，大部分熱流通過導(dǎo)熱系數(shù)較高的 ＢＮＮＴ ，所以聚合物復(fù)合材料熱導(dǎo)率會(huì)顯著提高。值得注意的是，若 ＢＮＮＴ 在聚合物基體中取向，即像在基體內(nèi)形成了多條導(dǎo)熱鏈，管與管之間通過首尾相接（如圖７ ），聲子熱傳輸具有弱散射作用，使ＢＮＮＴ ／聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能得到很大程度的改善。

圖 ７　各種形態(tài)的 ＢＮＮＴ 的熱流通道示意圖。粗灰線表示熱流

結(jié)語

ＢＮＮＴ 所具有的優(yōu)異導(dǎo)熱性和絕緣性使其成為高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料最佳的導(dǎo)熱填料之一。但由于ＢＮＮＴ 自身的制備方法和填充聚合物基體的加工方式的限制，導(dǎo)致ＢＮＮＴ ／聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能得不到很好提高。目前，在 ＢＮＮＴ ／聚合物復(fù)合材料制備過程中， ＢＮＮＴ 顯示出分布不均勻、易團(tuán)聚以及各向異性等不利因素，體現(xiàn)在研究人員已經(jīng)可以制備出具有高取向的 ＢＮＮＴ 陣列，但是常規(guī)共混法制備的復(fù)合材料，又使ＢＮＮＴ雜亂分布，往往無法充分利用其高導(dǎo)熱性。

相對(duì)于 ＢＮＮＴ 在聚合物基中的取向研究， ＣＮＴ和ＢＮＮＳ比 ＢＮＮＴ 被報(bào)道得更多?？梢酝茰y， ＣＮＴ和ＢＮＮＴ在聚合物中取向的方法，或許對(duì) ＢＮＮＴ 是可行的甚至可以創(chuàng)造出更有效的制備方法。因此，制備管長更長的、結(jié)構(gòu)完整的ＢＮＮＴ以及選用剛性主鏈的聚合物，例如聚乙烯，聚丙烯等，以此提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱率是未來制備高導(dǎo)熱聚合物納米復(fù)合材料的主要方向之一。另外，從加工方法上也可以進(jìn)行改進(jìn)，如多級(jí)拉伸取向。雖然取向的 ＢＮＮＴ 具有更加優(yōu)異的性質(zhì)，但是目前仍然停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段。此外，具有垂直取向的 ＢＮＮＴ 離規(guī)模應(yīng)用還有很長的一段路要走。在未來ＢＮＮＴｓ ／聚合物復(fù)合材料的研究重點(diǎn)可能更偏向于高效、簡單、綠色的制備方法，使 ＢＮＮＴ在聚合物中取向變?yōu)榭煽兀∠蚝笙鄬?duì)含量可以減少，把導(dǎo)熱性能發(fā)揮極致。然而，要獲得足以滿足大多數(shù)市場應(yīng)用要求的導(dǎo)熱復(fù)合材料仍然需要重大的技術(shù)突破。