基于动态共价网络和异质填料工程的可回收高导热EPDM弹性体复合材料研究

针对电子设备热管理中高导热与弹性难以兼顾的难题，研究人员通过β-羟基酯动态共价网络和Al2O3@TA@GNPs异质填料设计，开发出兼具4.165 W/mK高导热率、1700%超拉伸性和双路径回收能力的eEPDM-I复合材料，为柔性电子热界面材料（TIM）提供了可持续解决方案。

　　

随着电子设备向微型化、高功率密度发展，热管理成为制约其可靠性的关键瓶颈。传统聚合物基热界面材料（Thermal Interface Materials, TIMs）因本征低导热率（约0.2 W/mK）和填料高添加量导致的弹性丧失，难以满足柔性电子对散热与机械适配的双重需求。尤其对于乙丙橡胶（EPDM）这类本征绝缘耐老化的弹性体，现有研究报道的导热率普遍低于1.5 W/mK的实用阈值，且缺乏可回收设计。

针对这一挑战，中国某高校研究团队在《Sustainable Materials and Technologies》发表研究，通过动态化学与填料表界面工程的协同创新，开发出革命性的eEPDM-I/Al₂O₃@TA@GNPs复合材料。该工作创造性采用三步策略：首先通过单宁酸（TA）在氧化铝（Al₂O₃）表面构建多酚粘附层，再通过静电自组装引入石墨烯纳米片（GNPs）形成核壳异质结构；同时利用环氧化EPDM（eEPDM）与衣康酸（IA）反应构建β-羟基酯动态共价网络。这种"填料架构优化+动态网络设计"的双轨策略，成功解决了导热率-弹性-可回收性的"不可能三角"难题。

材料与方法
研究团队首先通过TA在碱性条件下的自聚合与金属配位作用，在Al₂O₃表面形成稳定包覆层，再通过π-π堆叠和静电作用组装GNPs，构建Al₂O₃@TA@GNPs杂化填料。采用开环反应将EPDM环氧化后，与IA进行酯化交联形成动态网络。通过转矩流变仪共混、热压成型制备复合材料，并采用激光闪射法测试导热性能。

结果与讨论
Construction of eEPDM-I/Al₂O₃@TA@GNPs composites
TA介导的界面工程显著提升了填料分散性，GNPs通过面-点接触模式在Al₂O₃表面形成三维导电网络。动态力学分析显示β-羟基酯键的可逆特性使材料在120℃下表现出拓扑重组能力。

Thermal and mechanical properties
该复合材料在仅20 vol%填料负载下实现4.165 W/mK的突破性导热率，较纯EPDM提升20倍。TA的界面声子匹配作用使填料-基体界面热阻降低63%。动态网络赋予材料1700%的超高断裂伸长率，弹性模量保持在5 MPa以下，满足TIMs的柔顺性要求。

Recycling performance
通过化学解离动态键或物理热压两种途径，材料经过三次回收后导热率保留率>90%，拉伸性能衰减<15%，显著优于传统硫化橡胶。计算机CPU散热测试显示其界面接触热阻比商用硅脂降低42%。

结论
该研究开创性地将动态共价化学引入弹性体TIM设计，通过TA介导的异质填料架构与β-羟基酯动态网络的协同效应，首次实现EPDM基复合材料在导热率（4.165 W/mK）、弹性（1700%应变）和可回收性三重性能指标的同步突破。提出的"界面声子匹配"机制为低填料含量下构建高效导热网络提供了新思路，其双路径回收策略更推动了聚合物材料向循环经济转型。这项工作不仅为5G通讯、柔性电子等新兴领域提供了理想的TIM解决方案，也为多功能弹性体的分子设计树立了新范式。