在过去的几十年里，随着更薄、更轻、更灵活和更坚固的电子设备的发展，电子技术取得了巨大的进步。然而，随着设备变得越来越薄，内部组件的空间也逐渐减小，导致散热不当的问题。传统的散热材料由于体积庞大，难以集成到薄膜器件中。因此，开发薄而柔韧的热扩散材料，以实现有效散热是当前的迫切需求。

在一项新的研究中，日本的科学家们利用液相三维模式，设计出由纤维素纳米纤维基质和碳纤维填料制成的柔性热扩散薄膜。这种薄膜在平面方向上具有较大的导热系数各向异性，促进散热，避免了热源之间的热干扰。

研究团队通过CFs和海鞘衍生的CNF水悬浮液的液体三维模式，合成了单轴排列的CF/CNF复合薄膜，并证明了薄膜平面的热导各向异性。团队在薄膜上安装了顶发射型粉末电致发光装置，并对其散热性能进行了测试。通过拟合两个热源，同时评价了两个热源之间的隔热性能和不同方向的散热性能。此外，研究人员通过在特定温度下热处理，从复合膜中提取CF，并研究其作为导热填料的重复使用性。

“对于以高密度安装多个器件的基板，有必要控制热扩散方向，并在器件之间进行隔热的同时找到有效的散热路径。因此，开发在面内导热系数中具有高各向异性的基底膜是一个重要的目标。”日本东京理科大学（TUS）的初级副教授Kojiro Uetani解释说。他们的研究发表在《美国化学会（ACS）》上。研究报告了一种新开发的由纤维素纳米纤维和碳纤维填料制成的纳米复合膜，该薄膜表现出优异的面内各向异性导热性。

选择具有高导热性的基质也很重要。据报道，从幔虫中提取的纤维素纳米纤维（CNF）比传统聚合物具有更高的导热性（约2.5 W/mK），使其适合作为散热材料。纤维素对碳材料具有高亲和力，易于与CF填料结合。例如，疏水性CF本身不能分散在水中，但在CNF存在下，它很容易分散在水中。因此，研究团队选择了生物基的海鞘衍生的CNF作为基质。对于材料合成，团队制备了CF和CNF的水悬浮液，并使用一种称为液体3D图案化的技术。该过程产生了一种纳米复合材料，该材料由一氧化碳对齐的碳纤维和纤维素基质组成。

为了测试薄膜的导热性，团队使用了激光点周期性加热辐射测温法。结果表明，该材料表现出433%的高面内热导率各向异性，对准方向的导热系数为7.8 W/mK，面内正交方向的导热系数为1.8 W/mK。他们还在CF/CNF薄膜上安装了粉末电致发光（EL）器件，以展示其有效的散热效果。此外，纳米复合膜可以冷却两个紧密放置的伪热源，而没有任何热干扰。

除了优异的热性能外，CF/CNF薄膜的另一个主要优点是其可回收性。研究人员能够通过燃烧纤维素基质来提取CF，从而实现重复使用。总体而言，这些发现不仅为设计具有新颖散热模式的2D薄膜提供了框架，还促进了该过程的可持续性。

Sources:

• Tokyo University of Science (TUS)

• American Chemical Society (ACS)