高压静电植绒的新型应用领域——用于热管理的导热界面材料

导热界面材料是一种柔软且可塑的材料，通过填充电子元件之间的间隙来增强热传递散热器。[11] 高长径比填料在开发高性能隔热材料方面展现出巨大潜力。[107,108] 静电植绒技术可实现平面基底上致密垂直排列的填料阵列构建。通过静电植绒工艺，利用弹性体基质填充垂直排列填料间的间隙，能制备出导热性优异且填料含量极低的导热界面材料（TIM）。[15-22,109]这些导热界面材料（TIMs）不仅展现出增强的导热性能，还通过在石墨烯纤维（GF）（图a)或定向碳纤维（CFs）（图13b，c)中引入弹性体材料，有效保持了柔韧性。其低填充量特性进一步提升了这种柔韧性，使其性能超越传统产品。

[15,16,19,22] 高导热性和低GF含量下的优异弹性顺应性，主要归因于GFs的高密度排列结构及其固有的低刚度特性（图a)。 [15]静电植绒技术同样支持大规模制备VACF支架，如图 b、c所示。 [22]通过静电植绒技术构建的垂直阵列结构，还能与铝颗粒 [16]等导热填料协同增效，显著提升材料导热性能。李等人[16]报道了一种采用静电植绒法制备的垂直排列碳纤维/硅橡胶/铝 颗粒（V-CF/Al/SR）复合材料，用于热管理应用（图d)。该V-CF/铝/硅橡胶复合材料具有具有高方向性热导率，同时展现出优异的柔韧性和弹性（图e)。 [16]研究团队采用静电植绒技术制备直立CF支架， 有效构建了复合材料中的高效热传导路径。此外，Li等人通过铝/硅树脂浆料填充空气通道，利用多层CF-Al-CF热传导路径显著提升了材料导热性能（图f)。 [16]该工艺大幅提高了材料的面内导热系数，V-CF/Al/SR复合材料的面内热导率达到 12.32 W/（m·K），性能表现尤为突出。

[16]除了上述应用外，静电植绒技术还被应用于船舶水下表面的贻贝清洁领域。该技术利用静电植绒表面的超疏水性和微孔特性，其孔径小于远端凹槽的直径，贻贝足部末端的这种特征完全能够抵抗贻贝。 [110]此外，静电植绒技术被应用于受吸盘鱼启发的粘附盘设计，充分发挥其提升材料机械性能的优势。 [79]在重油清理中应用该技术时，其疏水表面可降低油扩散阻力，表面强大的毛细作用力能加速重油吸附。 [78]同时，静电铺层技术还可作为制备复合泡沫空心环氧大球的新方法。 [27]与传统“滚珠法”相比，该工艺能获得更高纤维含量和更优异的抗压强度。 [27]张等人基于材料高孔隙率特性，采用静电植绒基材开展微藻培养研究。 [35] 此外，该技术还能模拟银蚁体表毛发结构，通过复杂化光路实现被动辐射冷却功能。 [111,112] 张团队利用短丝纤维通过静电植绒技术制备出辐射冷却表面（图13g)。

a)   GF-TIM的柔性特性实拍图；经授权转载。 [15] 美国化学会2024年版权所有。

b)   静电植绒装置配置示意图；经授权转载。 [22] 威利-维希出版社有限公司（WILEY-VCH）2014年版权所有。

c)   VACF支架的大规模静电植绒工艺；经授权转载。 [22] 威 利-维希出版社2014年版权所有。

d)   V-CF/Al/SR复合材料制备工艺示意图，经授权转载。 [16] 版权归美国化学会所有（2024）。

e)   V-CF/Al/SR复合材料缠绕玻璃棒的柔韧性展示照片，经授权转载。 [16] 版权归美国化学会所有（2024）。f)V-CF/Al/SR复合材料导热机制示意图，经授权转载。 [16] 版权归美国化学会所 有（2024）。其他应用领域。

g)羽绒短丝纤维阵列的冷却原理示意图。 [112] 版权所有2025，美国化学学会。

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