研究背景:

可穿戴电子器件因其在健康监测和智能织物等领域的广泛应用而备受关注。随着其集成密度、功率输出和微型化的持续进步，高效的热管理已成为确保设备性能、寿命、运行稳定性和安全性的关键。热量积聚会引入不可控的热噪声，降低器件功能和传感性能，甚至对用户造成安全风险。因此，开发能够有效散热的柔性封装材料是可穿戴电子产品需要解决的一个基本问题。

弹性体（如聚二甲基硅氧烷，PDMS）因其优异的柔韧性、可拉伸性和易加工性，被广泛用作可穿戴电子器件的封装材料。然而，弹性体本身的热导率极低（通常为0.1-0.5 W·m⁻¹·K⁻¹），这严重阻碍了其热管理能力。为解决这个问题，通常向聚合物基体中掺入高导热填料（如金属，陶瓷等）来制备导热复合材料。其中，二维材料氮化硼（BN）因其优异的热导率（600 W·m⁻¹·K⁻¹）、电绝缘性和化学稳定性而成为理想的填料。然而，在大多数电子器件中，热量主要沿面外（垂直）方向进行耗散，而在复合材料中，BN的高导热基面方向是随机分布的，这限制了复合材料面外方向的散热性能。为了在复合材料内形成有效的导热通路，通常需要极高的填料负载量，但这会严重牺牲材料的机械柔韧性和可拉伸性。如何在低填料含量下，于弹性体基体中构建垂直排列的BN结构，以同时实现高面外热导率和良好的机械性能，是可穿戴热管理材料领域面临的一大挑战。

亮点 Highlights: 

本研究通过长时间磁场诱导，在PDMS弹性体中构建了链状垂直排列的氮化硼（CLA‑BN）结构，成功制备出兼具高导热与高拉伸性的复合材料。该材料在仅20 wt%填料含量下即实现1.57 W·m⁻¹·K⁻¹的面外热导率，较基体提升超800%，同时保持134%的断裂伸长率，出色地平衡了导热与可拉伸性。作为封装材料，其在实际应用中可显著降低LED工作温升约37%，并将可穿戴温度传感器的响应时间缩短54%，为下一代柔性电子器件的热管理提供了高效可靠的解决方案。

文章解读：

图1. (a)磁性功能化BN (mf-BN)的制备示意图。(b)链状排列BN/PDMS (CLA-BN/PDMS)复合材料的制备工艺示意图。

研究采用硅烷偶联剂对六方氮化硼（BN）进行表面改性，并通过静电作用在其表面修饰Fe₃O₄磁性纳米颗粒，成功制备出磁性功能化BN（mf-BN），其制备流程如图1a所示。随后，将mf-BN与PDMS预聚物共混，并在外加磁场作用下进行交联固化，最终获得具有链状定向排列结构的BN/PDMS复合材料（CLA-BN/PDMS），制备过程如图1b所示。

图2. 磁性功能化BN(mf-BN)的成分及形貌表征。

由于原始BN与Fe₃O₄纳米颗粒表面均带负电荷，通过硅烷化修饰可使BN表面转为正电性，进而通过静电自组装形成mf-BN（图2a-d）。通过系统调整BN与磁性纳米颗粒的质量配比发现，当二者比例为10:1时，Fe₃O₄颗粒能够均匀且稳定地分布在BN表面及侧壁，呈现出最佳的负载形貌（图2e-h）。

图3. 链状排列BN/PDMS (CLA-BN/PDMS)复合材料的导热性能、结构、拉伸性能表征。

热导率结果与X射线衍射分析（图3a-c）表明，复合材料在磁场中处理24小时后，BN填料的取向排列程度最优，其面外热导率达到最高值1.57 W·m⁻¹·K⁻¹。扫描电子显微镜（SEM）图像显示（图3d-f）：未经磁场处理时BN填料呈无序分布；经24小时处理后则形成连续且规整的链状结构。这种高度有序的链状排列促使材料在BN含量仅约15 t%时即出现显著的导热渗流现象（图3g-h）。此外，由于填料含量较低，复合材料仍保持良好的力学柔韧性，在填料含量为20 wt%时，其断裂伸长率可达134%（图 3i-j）。

图4. 基于CLA-BN/PDMS的LED热管理和可穿戴柔性温度传感器。

为评估CLA-BN/PDMS复合材料作为热界面材料的散热性能，通过对比有无该材料作为界面层时商用LED芯片持续工作时的温升情况进行了测试。结果表明，使用该热界面材料后LED表面温度显著降低（图4a,b），充分证明了该复合材料在电子器件热管理方面具有优异的热传导性能与实际应用潜力。

基于CLA-BN/PDMS复合材料良好的导热与力学性能，可将其应用于可穿戴温度传感领域以改善传统柔性封装材料热导率低导致的响应迟滞问题。通过采用该材料作为封装层制备的电容式温度传感器(图4c-h)，在柔性集成后可贴合曲面使用，并表现出12.9 fF/°C的线性灵敏度。对比研究表明，传感器响应时间与封装层的面外热导率呈显著负相关，得益于材料链状排列结构所促进的快速热平衡能力，使用高导热CLA-BN/PDMS的传感器响应最快，较原始PDMS提升约54%。

读后感:

该研究通过磁性功能化与磁场取向技术成功制备了具有链状排列结构的BN/PDMS复合材料，其在面外方向实现了显著提升的热导率，同时保持了良好的柔性与可加工性。该材料在温度传感与LED热管理等方向展现出明确的应用优势，特别是通过结构设计在低填料含量下实现了导热渗流，为柔性电子器件的热管理提供了创新解决方案。当前高导热柔性复合材料仍面临核心挑战：如何在保证良好柔性的前提下进一步提升导热性能，以及如何确保材料在长期使用中的导热稳定性。这些问题仍然需要进一步的研究和创新。

基金支持:

本工作得到了国家重点研发计划项目（2023YFB3211202）、国家自然科学基金项目（T2521001、62374008）以及中央高校基本科研业务费的资助。

【文献链接】

Y. Li, Z. Wang, Z. Cui, Z. Zhong, Y.-Q. Zheng. Chain-like aligned boron nitride embedded in elastomer for thermal management in wearable electronics. Wearable Electronics 3, 1–10 (2026).

https://doi.org/10.1016/j.wees.2025.10.002

期刊介绍:

Wearable Electronics （WE）是一本全方位关注可穿戴电子领域发展的开放获取型学术期刊，期刊刊发文章涵盖可穿戴电子的基础研究和技术应用两个方面，内容涉猎广泛，刊发文章包括但不限于：与可穿戴电子相关的材料（基底材料、金属互联材料、活性层材料、封装材料等）、功能器件（传感与探测器件、通讯器件、存储器件、显示与发光器件、能量转换与存储器件、数据采集与集成电路等）以及与之相关的先进制造技术及理论研究（建模、仿真、制造、集成、封装以及与可穿戴电子产品相关的应用技术等），致力于应对可穿戴电子领域及其核心技术出现的各类全新挑战。

期刊由电子器件、有机无机材料、集成技术等学科领域方向的高水平学术带头人组成国际化一流编委团队,海外编委专家约50%。编委队伍的专家均在相关领域深耕多年，在顶级学术期刊如Science、Nature、Nature系列大子刊，Advanced Materials等上发表论文多篇，在相关学术领域有广泛的影响力和号召力，编委成员H-index均值超过60。

期刊自2024年5月18日创刊以来，不到一年即被Ei Compendex、INSPEC、CAS（美国化学文摘）、EBSCOhost等多个数据库收录。在SD平台的平均单篇阅读量近3000次。

期刊近50%的文章被EurekAlert、 Newswise、 AlphaGalileo等新闻平台报道，受到广泛关注，多篇文章在Twitter、领英等社交媒体的关注度超万次，近40%发表的文章Almetric指数超过40。

主编和编委团队：