液态金属（LM）在室温下，具有流动性，有助于减少填料与填料间的界面热阻及制备柔性材料。然而，由于LM与聚合物之间存在界面不相容性，要使其在聚合物基体中获得良好分散，同时提高LM在导热聚合物复合材料中的有效贡献是一项重大挑战。

     基于上述背景，四川大学高分子科学与工程学院邓华教授课题组受树根抓取泥土能力的启发（图1），提出“剪切诱导沉淀-界面重置-再质子化”的策略，成功制备了含液态金属的高性能导热聚合物复合材料。

图1 树根抓取泥土的能力。

      树枝状聚合物微粒相当于树根,液态金属相当于干泥土,酸性溶液作用于薄膜相当于水润湿泥土。将树枝状AMFs微粒引入到含液态金属的功能高分子复合材料中。利用多种相互作用力（图2），有效地捕捉功能性填料，促进填料的均匀分散（图3），利用界面重置的方法改善了AMFs与LM之间的界面作用力（图4）。通过再质子化，增强了AMFs的分子链结构的恢复，减少了薄膜缺陷（图5）。该技术非常的简便高效，有望用于更多种可溶性聚合物。

图2 多种相互作用力改善LM与聚合物基体间的作用。

图3 AMFs辅助70 wt% LM分散的示意图。

图4 (a) 表示不进行任何处理的AMFs-LM，(b) 表示处理条件为pH=2-water，(c) 表示处理条件为pH=4-water，(d) 表示处理条件为water。

图5 (a) ANFs的原位红外测试，(b) ANFs的原位红外测试时间吸收强度图谱，(c) AMFs的原位红外测试，(d) ANFs的紫外吸收测试，(e) 两步质子供体重构ANF机理示意图，(f) 两步质子化之后AMFs的分子链示意。

     在KOH强碱作用下，PPTA链上的质子被成功脱去，导致芳纶纳米纤维中的酰胺键消失。随后，在剪切诱导沉淀的步骤中通过IPA重构处理，ANFs的酰胺键得到部分恢复，形成AMFs/IPA悬浮液。进一步将得到的薄膜浸入水骤，AMFs/IPA/H2O的酰胺键得到进一步恢复，分子链间的氢键结构也得到进一步的重建，薄膜的缺陷减少。

      薄膜热导率（图6）提升的原因可能有以下几点：1、AMFs薄膜中缺陷减少的薄片结构的形成提高了导热性。2、AMFs有助于构建局部填料网络，从而建立起有效的热传输途径，提高了水平面内热导率。3、AMFs-pH/LM纳米复合材料热导率的显著提高可归因于LM与AMFs基体之间界面相容性的改善。通过界面复位，LM和AMFs之间的作用力增强，使LM能够有效地桥接相邻的AMFs颗粒。这种桥接有利于形成声子传递的导热通道，最大限度地减少填料-基质界面的声子散射，从而降低界面热阻并提高热导率。

图6 (a) 不同处理条件下的热导率，(b) 热界面材料测量过程示意图，(c) 通过改变填料含量实现的热导率改善，(d) 面内热导率与各种报道的LM复合材料的热导率比较，(e) AMF在LM界面重置和质子化后的热导率增强, (f) 以ANFs和AMFs-pH=4/70 wt% LM作为热界面材料时LED表面的温度-时间关系，(h) AMFs-pH=4/70 wt% LM复合膜和纯ANFs膜的体积电阻率。

      该工作发表在Chinese Journal of Polymer Science的"Functional Polymer Materials"专辑。陈新硕士研究生是该论文的第一作者，邓华教授为通信联系人。

原文信息：

An Effective Approach for the Preparation of High Performance Thermal Conductive Polymer Composites Containing Liquid Metal

Chen, X.; Zhang, X. Z.; Yuan, Y. F.; Chen, C. L.; Xiong L. H.; Fu Q.; Deng H.

Chinese J. Polym. Sci. 2024, 42, 992–1001. 

DOI: 10.1007/s10118-024-3144-2