Nacre-mimetic elastomer composites with synergistic alignments of boron nitride/graphene oxide towards high through-plane thermal conductivity

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作者
Boyang Hu,Wei Zhang,Hong Guo,Shu Xu,Li Yi,Ming Li,Baoan Li
出处
期刊:Composites Part A-applied Science and Manufacturing [Elsevier BV]
卷期号:156: 106891-106891 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.compositesa.2022.106891
摘要

• Thermal-conductive skeleton with vertically aligned lamellar structure was prepared by bidirectional freezing assembly. • GO bridges adjacent F-BNNS via hydrogen bond and van der Waals interaction for reducing interfacial thermal resistance. • Various structures of lamellar skeleton can be prepared by adjusting frozen interface wettability or solid concentration. • Nacre-mimetic PDMS composite presents high thermal conductivity, superior electrical insulation and excellent resilience. Thermal-conductive yet electrical-insulating polymer composites are in urgent demand in modern microelectronics for efficient heat dissipation. However, the reported through-plane thermal conductivity of polymer composites under low filler loadings (<10 vol%) is dissatisfactory, due to undesirable heat transfer pathways and high interfacial thermal resistance. Herein, 3D lamellar‑structured fluorinated boron nitride nanosheets (F-BNNS)/graphene oxide (GO) skeleton prepared by bidirectional freezing assembly ensures the directional motion of heat flow, in which GO bridges adjacent F-BNNS for reducing thermal resistance via hydrogen bond of H-F and van der Waals interaction. After vacuum-infiltrating polydimethylsiloxane (PDMS), the 9.5 vol% F-BNNS/GO/PDMS presents fascinating characteristics: a high through-plane thermal conductivity of 3.28 W·m −1 ·K −1 and an excellent tensile strength of 3.19 MPa, with the enhancements of 1829% and 118% respectively compared to pure PDMS; besides, superior dimensional stability and electrical insulation were obtained, with thermal expansion coefficient of 79 ppm/K and volume resistivity of 2.45 × 10 12 Ω·cm.
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