质子化驱动氮化硼在细菌纤维素中的组装：绿色策略制备高导热柔性薄膜

本文报道了一种基于质子化诱导界面交联的绿色制备策略，通过TEMPO氧化细菌纤维素(oBC)作为六方氮化硼(h-BN)的水相剥离介质和结晶基质，成功构建了导热率达35.15 W m-1 K-1的柔性复合薄膜。该研究创新性地利用质子化过程促进oBC纤维间交联并优化30 μm大尺寸h-BN片层的面内取向，同时实现11.22 MPa的拉伸强度，为下一代柔性电子器件的热界面材料(TIMs)提供了可持续解决方案。

　　

亮点

本研究突破性地将质子化化学与生物基材料相结合，开发出兼具高导热性和机械柔性的oBC/h-BN复合薄膜。质子化过程如同"分子胶水"，促使带负电的oBC纤维形成三维交联网络，同时像磁铁般引导30微米级h-BN片层实现高度有序的面内排列——这种双重效应使材料导热性能突破35 W m^-1 K^-1大关，比传统聚合物基复合材料提升近20倍！

材料与方法

实验选用三种不同粒径的h-BN（1 μm/10 μm/30 μm），通过超声辅助的"绿色剥离术"在水相中实现纳米片层解离。TEMPO氧化后的细菌纤维素(oBC)不仅作为环保分散剂，其丰富的羧基(-COOH)更成为后续质子化反应的活性位点。当pH降至2.5时，质子化作用触发oBC纤维间形成致密氢键网络，同时使h-BN表面ζ电位从-35 mV变为+12 mV，这种电荷反转现象显著提升了微米级填料的分散稳定性。

结果与讨论

有趣的是，30 μm大尺寸h-BN在质子化体系中展现出"智能自组装"行为：通过掠入射X射线衍射(GIXRD)观察到(002)晶面衍射强度增加3倍，证实片层呈现近乎完美的水平取向。这种独特的结构使复合材料获得35.15 W m^-1 K^-1的超高面内导热率，同时保持8%的断裂延伸率。在LED散热测试中，该薄膜使芯片工作温度降低23°C，性能超越商用硅脂。

结论

这项研究开创了"质子化介导的生物模板组装"新范式，通过精确调控oBC与h-BN的界面相互作用，实现了陶瓷填料在生物基质中的定向排列。所开发的绿色制备工艺省略了有机溶剂和表面活性剂，为可持续发展型热管理材料的设计提供了分子级见解。未来可通过引入动态共价键进一步优化材料的热循环稳定性。