Yield‐Stress Composite Fluids With High Thermal Conductivity and Tunable Rheology via Hierarchical Filler Architecture

材料科学 流变学 热导率 复合材料 触变性 粘弹性 热的 复合数 聚二甲基硅氧烷 粘度 纳米颗粒 流变仪 表征(材料科学) 填料(材料) 纳米复合材料 刚度(电磁) 产量(工程) 表观粘度 热阻 热分析 微尺度化学
作者
Shujun Cai,Jianfeng Fan,Jiahui Wang,Yabiao Ma,Yuanyuan Xiao,Siyuan Cheng,Gaohong Lv,Xiaoxing Zeng,Xiaoxing Zeng,Jianbin Xu,Linlin Ren,Yagang Yao,Xiaoliang Zeng,Xiaoliang Zeng,Rong Sun
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:22 (15): e13010-e13010
标识
DOI:10.1002/smll.202513010
摘要

ABSTRACT Yield‐stress fluid can reversibly transform between the rigidity of a solid and the fluidity of a liquid, providing mechanical adaptability for its reprocessing and long‐term stability. For thermal management applications, however, this adaptability must be coupled with high thermal conductivity—an objective hindered by the conventional trade‐off between viscosity, and yield stress. Here, we propose a hierarchical filler architecture strategy by incorporating aluminum nitride particles of multiple sizes into a polydimethylsiloxane (PDMS) matrix to construct a multi‐level dynamic network. Small particles fill the interstices between larger ones, creating dense, percolated thermal pathways while enabling reversible network breakdown and reconstruction under shear. This design achieves an unprecedented combination of low viscosity (731.3 Pa s at 10 s −1 ), tunable yield stress (from 37.3 to 802.3 Pa), and high thermal conductivity (12.0 W m −1 K −1 ) in a yield‐stress composite fluid. Comprehensive rheological characterization reveals excellent thixotropic recovery and mechanical robustness, while physics‐informed neural network (PINN) modeling. When yielding stress fluid is used as a thermal interface material, the fluidity of liquid‐like form can achieve efficient distribution, and the rigidity of solid‐like form can achieve long‐term reliability. These findings provide a new approach for designing advanced yield‐stress fluids with controllable rheological properties and excellent thermal performance for high‐performance thermal management applications.
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