高产率铜网辅助激光烧蚀法合成氮化硼纳米管及其在柔性电子热管理中的应用

《Journal of Materials Science & Technology》：High-yield copper mesh-assisted laser ablation synthesis method of boron nitride nanotubes for flexible electronic thermal management

本文报道了一种铜网辅助激光烧蚀高产率合成高质量氮化硼纳米管（BNNTs）的新方法，实现了近336 mg/h的创纪录产率（直径约8 nm）。该方法通过铜网的催化作用显著提升了硼氮反应效率且不引入金属杂质。将所合成BNNTs制备成聚偏氟乙烯（PVDF）/BNNT（PBT）复合薄膜后，展现出优异的热导率（3.22 W/(m·K)）、柔性和绝缘性，能有效降低LED器件工作温度（较纯PVDF降低15.49°C）。该研究为柔性电子和高功率系统中绝缘高导热元件的开发提供了新思路。

　　

Highlight

我们展示了一种概念简单的铜网辅助激光烧蚀法，以创纪录的336 mg/h产率生产小直径氮化硼纳米管（BNNTs）。具体而言，反应室中的铜网可发挥催化作用，促进硼源和氮源之间的高效反应，且不引入金属杂质，这是决定BNNTs产率显著提高的关键因素。与能量利用效率为400 mg/(kW·h)的热等离子体方法相比，本方法的能量利用效率达336 mg/(kW·h)，且是传统激光烧蚀法的三倍以上。作为实际热管理应用的示范，采用合成的BNNTs制备了聚偏氟乙烯（PVDF）/BNNT（PBT）复合薄膜。当BNNTs填充量为50 wt%时，PBT-50薄膜的热导率达到3.22 W/(m·K)，是纯PVDF的18倍。应用于LED器件时，其工作温度较纯PVDF和PVDF/六方氮化硼（PB）-50薄膜分别降低15.49°C和3.68°C，展现出优异的散热能力。这种高产率、高质量的BNNTs合成方法将为BNNTs在柔性电子和高功率系统中作为绝缘高导热组件的实际应用提供机遇和价值。

Conclusions

我们通过概念简单的铜网辅助激光烧蚀法，实现了小直径BNNTs的创纪录高产率合成（336 mg/h）。铜网的催化作用显著提升了硼氮反应效率，且不引入金属杂质。该方法能量利用效率达336 mg/(kW·h)，与热等离子体法相当，且为传统激光烧蚀法的三倍。所制备的PVDF/BNNT复合薄膜在50 wt%填充量下热导率达3.22 W/(m·K)，能有效降低LED工作温度，证明了BNNTs在柔性电子热管理中的巨大应用潜力。这种高产率合成方法将有力推动BNNTs的实际工业应用。