纤维素纳米纤维（CNFs）作为最丰富的绿色天然聚合物，由于其优异的机械强度、较高的长径比以及丰富的极性官能团（如羟基）[1,2]，在先进材料研究中引起了越来越多的关注。这些特性使得CNFs能够参与强分子间相互作用，使其适用于聚合物的功能化，例如在导热复合材料的开发中[3,4]。随着电子元件变得越来越小型化和集成化，对轻质、高效且可加工的导热材料的需求持续增长[[5], [6], [7]]。基于聚合物的导热复合材料通常由聚合物基体和高导热填料（如氮化硼BN）组成，由于其低密度、易于加工和设计灵活性而成为一种有吸引力的解决方案[[8], [9], [10]]。然而，仅实现高导热性是不够的，特别是在柔性电子器件中[[11], [12], [13], [14], [15]]。这些复合材料还必须具备优异的机械性能和抗疲劳性，以防止材料失效和性能下降[[16], [17], [18], [19], [20]]。
尽管导热填料能够增强热传导，但由于填料-基体界面相互作用较弱，往往会导致机械性能下降，从而产生缺陷和应力诱导的裂纹[[21], [22], [23]]。填料表面改性是一种常用的改善界面粘合的方法，但这种方法通常涉及剧烈的化学处理，可能会损害填料本身的热性能[[24], [25], [26]]。因此，开发既能增强界面粘附又能保持导热性的策略仍然是一个关键挑战。
在这种情况下，CNFs为解决导热复合材料中的界面问题提供了一种新颖且可持续的方法[27,28]。它们丰富的官能团促进了强氢键和静电相互作用，不仅改善了氮化硼或石墨烯等导热填料的分散，还促进了连续热传导网络的构建。先前的研究表明，CNFs可以通过冰模板等技术帮助形成三维填料结构，从而制备出具有优异热导率和机械性能的热固性复合材料[28,29]。然而，将这一策略扩展到热塑性体系中仍然具有挑战性。熔融加工技术与CNF辅助填料网络结构之间的不相容性限制了其在热塑性复合材料中的应用，尽管CNFs可以与含酰胺的聚合物（如尼龙）形成氢键[30,31]。
为了解决这一挑战，我们报道了一种简单且可扩展的方法，通过将CNFs和BN集成到尼龙基体中来制备高性能热塑性复合材料。尼龙作为一种最成功的商业塑料，因其优异的机械强度、柔韧性和韧性而被广泛使用[32,33]。然而，通常通过熔融加工制备的尼龙基导热复合材料由于填料-基体界面相互作用差，导致导热性和机械性能下降[22,23]。我们假设CNFs可以作为多功能界面改性剂，（1）改善尼龙基体中BN填料的分散和取向，从而提高导热性；（2）通过氢键增强界面粘附性，提高热塑性复合材料的机械耐久性和抗疲劳性能。在这项工作中，CNFs被用于在去离子水中均匀分散BN，随后通过真空辅助过滤和压缩成型制备出具有高度取向BN结构的层压复合材料。这种结构促进了密集、有序的热传导路径的形成，显著提高了面内导热系数。当BN含量为24.5 wt%时，该复合材料的导热系数达到了4.5 Wm?1K?1，比纯尼龙提高了1857%。此外，CNFs、BN和尼龙之间的强氢键增强了界面粘附性，使得拉伸强度达到48 MPa，并具有优异的抗疲劳性能。即使经过100,000次弯曲循环后，该复合材料的导热系数仍保留了92%，拉伸强度保留了85%。这项工作展示了一种绿色、高效且可扩展的方法，用于制备同时具有增强热导率、机械性能和抗疲劳性能的热塑性复合材料，展现了CNFs在下一代热管理材料界面工程中的独特潜力，特别是在柔性电子器件中的应用。
