导热率超23W/mK液态金属-聚氨酯复合材料，通过氢键工程制备具有金属般导热的柔性橡胶

面向下一代可穿戴设备和集成电路的理想电子封装材料应是一种兼具金属般高导热率和柔性的材料。中国科学院福建物质结构研究所林悦研究员等团队报道了一种液态金属-聚氨酯复合材料（LiMPuC），其导热率为23.42W/mK，同时保持了极高的拉伸性。其性能源于界面化学引导的聚氨酯基体有序化以及液态金属润湿性的改善。
通过调节热塑性聚氨酯中的氢键供体/受体密度，并将 –NH₂ 基团接枝到共晶镓铟（EGaIn）液滴上，团队创建了锚定的、可重构的界面，这些界面能够增加基体链的排列和本征热传输，以及促进稳定、耐应变的液态金属热近渗流网络形成。
在大拉伸应变下，这些耦合效应保持了高导热率，并实现了大于 100 的柔性优值。这种从化学到微结构的途径，将氢键工程与液态金属表面功能化相结合，为设计用于新兴电子器件先进热管理的柔性、高导热率 复合材料提供了一种通用策略。
亮点

• 导热率：在仅 46 vol% 液态金属含量下，LiMPuC 在未拉伸时导热率达 4 W/mK，在 400% 应变下高达 23.42 W/mK，超过大多数现有液态金属复合材料。
  
• 柔性优值（f_FOM） 超过 100，韧性达 9.97 MJ m⁻³，断裂伸长率超过 700%。
  
• 在扭曲、弯曲等变形条件下仍保持优异的热传导能力。
  
  

液态金属-聚氨酯复合材料（LiMPuC）设计原理示意图
a：不同材料导热率与柔性优值的比较，揭示了它们之间的基本权衡。通过利用氢键，我们打破了这种权衡，创造了一种既极其柔性又高度导热的材料。



b:氢键如何影响 LiMPuC 内部结构的示意图。丰富的氢键充当热量的“储存库”，从而提高了复合材料的热容。此外，液态金属液滴与聚合物基体之间的界面氢键增强了热渗流网络的连接性和效率，显著提高了导热率和柔性。

该研究以题为“Flexible rubber with metal-like thermal conductivity achieved via hydrogen bonding engineering”发表在《nature communications》