微纳分级结构SPBID/AlN复合材料突破导热-绝缘性能权衡

本文报道了一种突破性跨尺度结构设计策略，通过构建淀粉基聚有机硅氧烷生物复合绝缘介质/氮化铝（SPBID/AlN）微纳分级嵌套复合材料，成功解决了绝缘材料高击穿强度与高导热性之间的传统矛盾。该材料兼具轻量化、高强度、低介电常数及可生物降解特性，与绝缘气体（CO2、SF6）协同使用时击穿强度提升最高达711.91%，导热系数达2.51 W/(m·K)，为高性能电力设备与电子器件封装提供了新范式。

　　

亮点

微纳分级嵌套SPBID/AlN复合材料通过跨尺度结构设计，实现了导热通路与绝缘屏障的协同优化。氮化铝（AlN）微米骨架构建连续导热网络，而纳米尺度SPBID基质则通过抑制气隙电离显著提升绝缘性能。该材料在保持低介电常数（<2.5）和低介电损耗（<0.02）的同时，导热系数达到传统环氧树脂（EP）的15.68倍，且具备疏水特性（接触角128.5°）与二氧化碳封存潜力。

结论

为克服聚合物复合材料中电气绝缘与导热性能的权衡矛盾，我们成功制备了具有微纳嵌套结构的SPBID/AlN复合材料。其微米级AlN骨架负责导热，纳米级SPBID基质专司绝缘，系统研究了AlN填料体积分数（5%-20%）对性能的影响规律。结果表明该结构设计有效协调了多尺度界面效应，为新一代轻量化环保型绝缘材料提供了创新解决方案。