隨著電子器件向高功率、高集成度方向飛速發(fā)展，高效散熱已成為制約其性能與可靠性的關(guān)鍵瓶頸。傳統(tǒng)聚合物基復(fù)合材料往往難以兼顧高導(dǎo)熱與良好的機(jī)械性能。西安交通大學(xué)楊建鋒教授與王波教授團(tuán)隊在材料科學(xué)領(lǐng)域頂級期刊《Advanced Science》上發(fā)表了創(chuàng)新性研究成果。該團(tuán)隊獨辟蹊徑，利用天然木材衍生出的三維碳骨架，通過精細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與化學(xué)轉(zhuǎn)化，成功構(gòu)建了具有連續(xù)互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的三維碳化硅（3D SiC）框架，并以此為增強(qiáng)體，制備出了導(dǎo)熱性能卓越的聚合物基復(fù)合材料。

研究團(tuán)隊的核心策略在于巧妙借鑒并重構(gòu)了天然木材的精妙多級孔道結(jié)構(gòu)。他們以輕質(zhì)、多孔且結(jié)構(gòu)取向明確的天然木材（如巴爾沙木）為前驅(qū)體，通過高溫碳化處理得到保留木材原始孔道結(jié)構(gòu)的3D多孔碳骨架。通過創(chuàng)新的硅化反應(yīng)過程，將此碳骨架原位轉(zhuǎn)化為三維互聯(lián)的碳化硅（SiC）網(wǎng)絡(luò)。這一轉(zhuǎn)化不僅繼承了木材原有的取向性孔道和低曲折度特性，更賦予了框架極高的本征導(dǎo)熱性（SiC）和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。

以此3D SiC框架作為“骨骼”或“高速公路”，研究團(tuán)隊將其與高導(dǎo)熱填料（如氮化硼、石墨烯等）和聚合物基體（如環(huán)氧樹脂）進(jìn)行復(fù)合。獨特的3D SiC連續(xù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮了多重關(guān)鍵作用：其一，它本身構(gòu)成了貫穿材料的快速導(dǎo)熱主通路，極大地降低了界面熱阻；其二，其三維互聯(lián)結(jié)構(gòu)能有效引導(dǎo)和分散其他高導(dǎo)熱填料，在復(fù)合材料內(nèi)部構(gòu)建起更為完善、低熱阻的立體導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)；其三，堅固的SiC框架顯著增強(qiáng)了復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度與尺寸穩(wěn)定性。

實驗結(jié)果表明，基于該策略制備的復(fù)合材料展現(xiàn)出了突破性的熱管理性能。其面內(nèi)導(dǎo)熱率最高可達(dá)10.27 W/mK，這一數(shù)值遠(yuǎn)高于大多數(shù)已報道的聚合物基復(fù)合材料，充分證明了3D SiC框架在構(gòu)建高效導(dǎo)熱路徑方面的卓越能力。該材料還具備低密度、良好絕緣性及可觀機(jī)械性能等綜合優(yōu)勢。

此項研究不僅為開發(fā)下一代高性能熱界面材料、電子封裝材料提供了全新的設(shè)計思路與材料體系，更展示了生物質(zhì)材料經(jīng)結(jié)構(gòu)仿生與精細(xì)化學(xué)改造后，在高端功能材料領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。通過將天然木材的智慧結(jié)構(gòu)與人造高性能陶瓷相結(jié)合，西安交大團(tuán)隊成功打通了從可再生生物質(zhì)到先進(jìn)熱管理材料的創(chuàng)新路徑，對推動電子信息、航空航天等領(lǐng)域的散熱技術(shù)發(fā)展具有重要意義。