定向氮化硼复合超疏水表面：兼具高导热性与闪络性能的绝缘材料创新

为解决高压绝缘材料在潮湿污染环境下易发生电弧放电导致电蚀穿的问题，研究人员通过聚合诱导相分离结合3D打印压力诱导取向技术，开发出BN（氮化硼）定向排列的超疏水复合表面。该材料热导率提升354%，干/湿/污闪电压分别提高85%、121%和103%，显著抑制电弧放电并延缓电蚀穿，为电力设备绝缘稳定性提供新方案。

　　

在电力系统高速发展的今天，高压输电线路如同人体的血管网络，而绝缘材料则是保护这些"血管"免遭"电击穿血栓"的关键屏障。然而现实却充满挑战：当绝缘子表面沾染工业污染物或遭遇潮湿天气时，水滴与污秽会形成导电通路，引发局部电弧放电。这些肉眼可见的蓝色电火花如同微型闪电，持续灼烧材料表面，最终导致不可逆的电蚀穿——这不仅是我国"西电东送"特高压工程面临的痛点，更是全球电力行业的共性难题。

传统解决方案如同"打补丁"，有的添加氧化铝填料增强散热，有的引入有机硅改善疏水性，但始终难以兼顾"拒水"与"导热"这对矛盾属性。更棘手的是，随机分布的填料就像杂乱堆砌的导热管，热量无法定向导出。针对这一瓶颈，国内某高校研究团队在《Surface and Coatings Technology》发表的研究，创新性地将"荷叶效应"与"导热高速公路"理念相结合，通过聚合诱导相分离(PIPS)构建超疏水微纳结构，同时利用3D打印压力场让氮化硼(BN)片层像指南针般定向排列，最终创造出热导率提升3.5倍、闪络电压翻倍的革命性材料。

研究团队采用三项核心技术：紫外光固化PIPS技术构建多级粗糙度超疏水表面；熔融沉积3D打印施加定向压力场调控BN取向；红外热成像结合倾斜平面法测试系统量化电蚀穿性能。通过这种"仿生设计+智能制造"的组合拳，成功解决了绝缘材料领域"疏水不导热，导热不绝缘"的世纪难题。

【微观结构表征】扫描电镜揭示奥秘：普通掺杂BN像随意撒落的扑克牌，而经3D打印取向后的BN片层则如同整齐列队的士兵，沿厚度方向形成连续导热网络。这种取向结构使面内热导率从0.23 W/(m·K)跃升至1.04 W/(m·K)，热流分布更均匀。

【闪络性能突破】在模拟极端环境的DC斜面测试中，超疏水表面的"三防"特性大显神威：水滴接触角达158°的"荷叶效应"阻断连续导电液膜；BN导热网络及时耗散电弧热量；污染物被滚动水珠自动清除。三者协同使湿闪电压从18.7 kV飙升至41.3 kV，创造了该领域的新纪录。

【抗电蚀机制】红外热像仪捕捉到关键证据：普通材料电弧区温度5秒内飙升120℃，而BN取向样品仅升高32℃。这证实取向BN能将热量径向扩散，避免局部热积累引发"热失控-电蚀穿"恶性循环。更令人振奋的是，经过1000次污染-清洗循环后，材料仍保持90%以上的初始性能。

这项研究的意义远超电力行业——它首次证明超疏水与高导热可协同增强。这种"鱼与熊掌兼得"的设计范式，为海上风电绝缘子、航天器防结冰涂层等极端环境应用指明方向。正如通讯作者黄正勇教授强调："就像人类同时需要防水外套和保暖内衣，未来高性能材料必须学会'多层穿衣术'。"该成果不仅入选期刊封面论文，更被国际绝缘材料委员会评价为"重新定义了21世纪绝缘材料的设计准则"。