在過去的幾十年里，隨著更薄、更輕、更靈活和更堅固的電子設備的發展，電子技術取得了巨大的進步。然而，隨著設備變得越來越薄，內部組件的空間也逐漸減小，導致散熱不當的問題。傳統的散熱材料由于體積龐大，難以集成到薄膜器件中。因此，開發薄而柔韌的熱擴散材料，以實現有效散熱是當前的迫切需求。

在一項新的研究中，日本的科學家們利用液相三維模式，設計出由纖維素納米纖維基質和碳纖維填料制成的柔性熱擴散薄膜。這種薄膜在平面方向上具有較大的導熱系數各向異性，促進散熱，避免了熱源之間的熱干擾。

研究團隊通過CFs和海鞘衍生的CNF水懸浮液的液體三維模式，合成了單軸排列的CF/CNF復合薄膜，并證明了薄膜平面的熱導各向異性。團隊在薄膜上安裝了頂發射型粉末電致發光裝置，并對其散熱性能進行了測試。通過擬合兩個熱源，同時評價了兩個熱源之間的隔熱性能和不同方向的散熱性能。此外，研究人員通過在特定溫度下熱處理，從復合膜中提取CF，并研究其作為導熱填料的重復使用性。

“對于以高密度安裝多個器件的基板，有必要控制熱擴散方向，并在器件之間進行隔熱的同時找到有效的散熱路徑。因此，開發在面內導熱系數中具有高各向異性的基底膜是一個重要的目標?！比毡緰|京理科大學（TUS）的初級副教授Kojiro Uetani解釋說。他們的研究發表在《美國化學會（ACS）》上。研究報告了一種新開發的由纖維素納米纖維和碳纖維填料制成的納米復合膜，該薄膜表現出優異的面內各向異性導熱性。

選擇具有高導熱性的基質也很重要。據報道，從幔蟲中提取的纖維素納米纖維（CNF）比傳統聚合物具有更高的導熱性（約2.5 W/mK），使其適合作為散熱材料。纖維素對碳材料具有高親和力，易于與CF填料結合。例如，疏水性CF本身不能分散在水中，但在CNF存在下，它很容易分散在水中。因此，研究團隊選擇了生物基的海鞘衍生的CNF作為基質。對于材料合成，團隊制備了CF和CNF的水懸浮液，并使用一種稱為液體3D圖案化的技術。該過程產生了一種納米復合材料，該材料由一氧化碳對齊的碳纖維和纖維素基質組成。

為了測試薄膜的導熱性，團隊使用了激光點周期性加熱輻射測溫法。結果表明，該材料表現出433%的高面內熱導率各向異性，對準方向的導熱系數為7.8 W/mK，面內正交方向的導熱系數為1.8 W/mK。他們還在CF/CNF薄膜上安裝了粉末電致發光（EL）器件，以展示其有效的散熱效果。此外，納米復合膜可以冷卻兩個緊密放置的偽熱源，而沒有任何熱干擾。

除了優異的熱性能外，CF/CNF薄膜的另一個主要優點是其可回收性。研究人員能夠通過燃燒纖維素基質來提取CF，從而實現重復使用?？傮w而言，這些發現不僅為設計具有新穎散熱模式的2D薄膜提供了框架，還促進了該過程的可持續性。

Sources:

• Tokyo University of Science (TUS)

• American Chemical Society (ACS)