综述: 聚酰亚胺薄膜材料的各向异性导热行为研究与进展
聚酰亚胺(PI)薄膜材料因其突出的综合性能，被广泛应用于电工、电子、微电子、航空、航天等众多领域。随着光电器件加速向微型化、薄型化、集成化和多功能化方向发展，电子元器件的功率和布线密度大幅增加，在运行过程中单位体积产生的热量急剧增大，导致线路之间信号的延迟、串扰和能耗，严重影响器件的性能可靠性和使用寿命。具有良好导热能力的聚酰亚胺薄膜材料面临巨大的应用需求，与此同时也面临越来越苛刻的高效散热要求。传统的聚酰亚胺本征薄膜具有较差的导热性能，其导热系数通常在0.2 W/(m·K)以下，极大限制了在先进电子等领域的进一步应用。因此，在保持聚酰亚胺耐热、力学等优势性能的基础上，发展新一代高导热聚酰亚胺薄膜材料已成为国内外研究与应用的重点，迫切需要从材料根本性能上解决电子器件应用中的散热问题。
对于导热聚酰亚胺薄膜材料，由于聚合物基体或导热填料通常会有较明显的各向异性特点，这也导致薄膜的导热行为呈现出显著的各向异性。为此，通过对聚酰亚胺本征分子结构或外加导热填料的有效调控，设计与制备具有各向异性导热能力的聚酰亚胺基薄膜材料，使热量沿着特定方向进行高效传递，将会极大提升薄膜的导热系数并会进一步挖掘聚酰亚胺材料的导热潜力。基于上述背景，中国科学院化学研究所范琳研究员课题组总结了近些年来聚酰亚胺本征薄膜及聚酰亚胺/导热填料复合薄膜在各向异性导热行为方面的研究进展，重点从聚酰亚胺分子结构设计、各向异性导热机理、填料取向排列、基体相态结构等方面进行了详细介绍。该综述分析了非晶型、液晶型两类聚酰亚胺本征薄膜的分子结构特点与不同方向导热性能的关系，并阐述了基于导热填料取向排列、基于基体相分离结构两类复合薄膜的导热通路构建与各向异性导热行为。
基于目前已取得的研究成果，研究人员对下一代高性能各向异性导热聚酰亚胺薄膜材料面临的挑战进行了总结与展望，并提出应从聚酰亚胺基体的本征特点和导热填料的有效调控两方面综合考虑，在其他性能兼顾前提下实现薄膜导热能力的有效提升及潜力挖掘。
上述工作以综述形式即将在《高分子学报》2021年第10期印刷出版，第一作者为高梦岩博士，通讯作者为中国科学院化学研究所翟磊副研究员和范琳研究员。该项工作得到北京市自然科学基金(基金号 2202068)资助。
翟磊 副研究员
翟磊，男，1985年生。2007年毕业于青岛科技大学获得学士学位，2012年于中国科学院化学研究所高分子化学与物理专业获得博士学位，2012~2017年于中海油研究总院任高级工程师、项目高级主管，2018年至今在中国科学院化学研究所极端环境高分子材料重点实验室工作。主要从事电子及微电子用功能性聚酰亚胺材料的基础与应用研究，近些年围绕柔性显示、高频通信、先进半导体及集成电路等应用需求与技术挑战，先后开展了高透明、低介电损耗、低膨胀、高导热、低温酰亚胺化等系列高性能聚酰亚胺材料的结构设计与性能研究工作。已发表学术论文18篇，申请/授权国家发明专利20余项。
范琳 研究员
范琳，女，1964年生。1989年毕业于北京化工大学高分子材料专业获得硕士学位，1989~1994年于(原)化工部北京化工研究院任工程师，1999年于日本千叶大学物质科学专攻获博士学位，1999~2002年在日本千叶大学电子光情报基盘技术研究中心从事博士后研究。2002年至今，中国科学院化学研究所研究员，2021年担任中国电工技术学会绝缘材料与绝缘技术专业委员会委员。先后获得中国科学院院地合作奖(2013年)、中国产学研合作创新成果奖(2013年)、工信部技术发明二等奖(2014年)等。研究方向为高性能和功能性聚酰亚胺材料，重点开展聚酰亚胺材料的分子设计与制备方法、聚合物结构与性能调控、材料成型方法与环境使役性等基础研究，并针对微电子和柔性显示领域开展聚酰亚胺材料应用研究和产业化技术研究。
引用本文：
doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2021.21094
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