二維COF薄膜研究新進(jìn)展，超高厚度方向熱導(dǎo)率！

熱設(shè)計(jì) 2025-06-14

來源 | Nano Letters

鏈接 | https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c01036

01 背景介紹

隨著電子設(shè)備向高性能化、小型化以及柔性化方向的不斷演進(jìn)，高效的熱管理已成為保障設(shè)備可靠性與延長(zhǎng)使用壽命的關(guān)鍵所在。傳統(tǒng)聚合物材料由于其較低的熱導(dǎo)率（約0.2 W/mK），難以滿足現(xiàn)代電子器件日益增長(zhǎng)的散熱需求。相比之下，二維共價(jià)有機(jī)框架（COFs）材料憑借其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和可調(diào)控的熱傳輸性能，被廣泛認(rèn)為是解決這一問題的潛在途徑。鑒于厚度方向上的熱傳導(dǎo)性能在散熱過程中具有至關(guān)重要的作用，如何通過材料設(shè)計(jì)進(jìn)一步提升材料在厚度方向上的熱導(dǎo)率，已成為學(xué)術(shù)界與工業(yè)界共同關(guān)注的研究熱點(diǎn)。

02 成果掠影

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬浩團(tuán)隊(duì)、南京航空航天大學(xué)李秀強(qiáng)團(tuán)隊(duì)、蘇州大學(xué)劉珂君團(tuán)隊(duì)合作，提出了一種提高二維共價(jià)有機(jī)框架厚度方向熱導(dǎo)率的新策略。一種高度結(jié)晶的邊緣取向二維聚酰胺薄膜在310K時(shí)實(shí)現(xiàn)了1.16±0.05 W/mK的熱導(dǎo)率。這個(gè)數(shù)值幾乎是塊狀PA的三倍。聲子色散計(jì)算將這種增強(qiáng)歸因于強(qiáng)共價(jià)鍵合，增加了聲子的壽命和群速度。團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了將二維聚合物和層疊二維COF薄膜以邊緣取向配置排列以提高厚度方向熱導(dǎo)率的有效性，為它們?cè)陔娮訜峁芾響?yīng)用中的集成提供了有前景的途徑。研究成果以“High Through-Thickness Thermal Conductivity in an Edge-On Two-Dimensional Polyamide Thin Film”為題發(fā)表在《Nano Letters》期刊。

03 圖文導(dǎo)讀

圖1.v2DPA的結(jié)構(gòu)特征和形態(tài)。(a)從xy平面和xz平面觀察v2DPA晶體結(jié)構(gòu)，為雙孔大小的矩形晶格，層間距離為4.8 ?。紅色箭頭表示[121]垂直方向即相對(duì)于Si襯底的穿過厚度方向，沿著v2DPA的骨架延伸。(b)沉積在SiO2/Si襯底上的v2DPA的光學(xué)顯微照片。(c)描繪薄膜邊緣的SEM圖像。(d) AC-HRTEM圖像顯示了一個(gè)清晰的層流排列，插圖描繪了選擇區(qū)域電子衍射模式，證實(shí)了[121]的方向性和觀察到的aa堆積。