随着电子器件向小型化、高功率密度与多功能集成不断演进，散热问题正从“配角”变成影响可靠性和寿命的“关键短板”。过多的热不仅会降低CPU、功率器件、LED等的工作效率，还可能诱发材料老化、热失控甚至安全事故。因此，围绕芯片与散热器之间那一层“看不见的夹层”—热界面材料（TIMs）展开的研究，愈发受到关注。近期，皇家墨尔本理工大学工程学院Yingyan Zhang教授和Jie Yang教授团队联合发表了一篇综述，系统梳理了石墨烯/六方氮化硼（graphene/hexagonal boron nitride, Gr/h-BN）异质结构及其聚合物纳米复合材料的热学特性最新进展，从基础机理到界面工程，再到聚合物TIM应用，为新一代电子封装与热管理材料的设计提供了清晰的技术图谱。

石墨烯与h-BN的互补优势：石墨烯与h-BN可谓TIM填料中的“黄金搭档”。石墨烯（Graphene）具有单层sp²碳原子蜂窝结构，悬挂态热导率可达数千W·m⁻¹·K⁻¹，具备极高的声子输运能力；六方氮化硼（h-BN）同样为2D蜂窝结构，面内热导率可达约550 W·m⁻¹·K⁻¹，同时兼具优异电绝缘性、热稳定性与力学性能，非常适合作为高导热绝缘填料。综述指出，围绕这两类材料，研究者通过缺陷工程、掺杂与同位素调控、应变工程与表面氢化等手段，实现了对其声子输运与热导率的精细调控。例如，控制孔洞缺陷、N/B掺杂或氢化程度，可以在较宽范围内调节石墨烯的热导；同位素富集与混合则显著影响h-BN的声子散射与热传输行为

Gr/h-BN异质结构中的热传导调控：近年兴起的范德华（vdW）异质结构为热界面材料提供了新的设计维度。综述重点总结了：（1）二维平面Gr/h-BN异质结：石墨烯与h-BN晶格失配仅约1%，有利于形成缺陷较少的界面；不同界面键合方式（C–N vs C–B）会显著影响界面热导，C–N键由于应力更小、热流更大，可使界面热导提高约20%，有利于声子跨界面传输。（2）三维堆叠vdW异质结构：将石墨烯垂直封装在h-BN层间，可利用h-BN的电绝缘与结构保护，同时保持甚至提升石墨烯的热输运能力；通过调节层数、扭转角度、界面耦合强度以及引入sp³键等方式，可以在“抑制声子散射” 与 “增强层间耦合” 之间寻找最优平衡，实现可调的热导率。此外，综述还强调了缺陷、掺杂、应变与成分梯度界面的协同效应，例如成分梯度界面长度增加会提高声子局域化程度，从而降低整体热导，为 “按需设计” 热通道提供了新的思路。

Gr/h-BN聚合物纳米复合TIM的应用：在应用层面，文章重点评述了石墨烯/h-BN杂化填料强化聚合物TIM的最新进展。通过将石墨烯的高热导与h-BN的电绝缘性和热稳定性结合，构建协同导热网络，可以在以下几方面取得兼顾：（1）显著提升热导率: Gr/h-BN杂化填料在不同聚合物中的热导增强效果突出，例如在PEG中，10 vol%填料可实现约842%的热导率提升；在PVDF中，石墨烯–BN纳米管（E-G-BNNT）复合填料可将面外热导率提升超过1400%。（2）保持电绝缘与力学性能：相比单一碳材料填料（如CNT或石墨烯）易引入电导通路，Gr/h-BN体系在保证高热导的同时仍能维持良好电绝缘性；与传统陶瓷填料相比，在较低填充量下即可获得可比甚至更优的导热性能，同时避免了高填充导致的脆性与加工困难。综述通过系统对比不同填料体系的热导增强倍率、填充量、力学性能与绝缘性数据，指出Gr/h-BN杂化填料有望在“高热导–高绝缘–高可靠性”之间实现更为均衡的综合表现，被认为是下一代高性能聚合物TIM的重要候选。

面向下一代高功率电子的热管理材料设计：在结论与展望部分，作者对Gr/h-BN及其聚合物复合体系的未来研究方向进行了归纳，包括多尺度结构与界面协同设计、界面工程与加工工艺的协同优化、数据驱动的材料设计和从实验室到工程应用。未来工作将更多聚焦于可规模化制备、可靠性验证以及与实际封装工艺的兼容性，推动这些材料真正服务于高功率电子、储能系统与新一代信息终端。这篇综述不仅系统总结了石墨烯、h-BN及其异质结构的热学调控策略，更将视角延伸至聚合物基TIM的实际应用场景，为高性能、可工程化的热管理材料设计提供了重要参考

原文信息：

Youzhe Yang, Huanzhi Song, Ning Wei, Jie Yang*, Yingyan Zhang*

Recent advances in thermal properties of graphene/hexagonal boron nitride heterostructures and their polymer nanocomposites: A review

Advanced Nanocomposites, 2 (2025) 185–204

https://doi.org/10.1016/j.adna.2025.09.001

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