B-PDA-G/PDMS導熱絕緣材料的制備及應用

摘 要： 為解決可穿戴電子設備中的散熱問題，開發了一種高導熱、高電絕緣性能的柔性熱管理材料。通過選用氮化硼（BN）和石墨烯納米片（GNPs）作為雜化導熱填料，選取聚多巴胺（PDA）對雜化導熱填料表面進行改性，然后與聚二甲基硅氧烷（PDMS）混合，采用熱壓法制備了不同填料質量分數的B-PDA-G/PDMS導熱絕緣膜。利用傅里葉變換紅外光譜、X射線光電子能譜和掃描電鏡等表征手段，探究填料B-PDA-G與單一BN對PDMS膜導熱性能的影響，并評估其在紡織領域的應用可行性。結果表明：B-PDA-G/PDMS膜在低填料質量分數時能夠保持良好的力學性能、電絕緣性和導熱性能。當BN與GNPs的質量比為5∶5，填料質量分數為30%時 B-PDA-G/PDMS導熱絕緣膜的面內導熱率最高可達7.63 W/（m·K），相較于BN/PDMS和純PDMS膜分別提高了2.8倍和27.3倍。B-PDA-G/PDMS作為封裝材料應用于電熱織物中表現出良好的導熱和散熱性能，表明其在柔性可穿戴設備和電子器件的熱管理中應用潛力巨大。

關鍵詞：表面改性；聚二甲基硅氧烷（PDMS）；聚多巴胺（PDA）；導熱絕緣；熱管理

中圖分類號：TB332 文獻標志碼：A 文章編號：1009-265X（2024）04-0010-11

隨著電子器件小型化、集成化和多功能化，電子設備的功率密度和單位體積熱量輸出顯著增加，如不能有效散熱，將影響其性能和使用壽命［1-2］。高導熱絕緣柔性聚合物材料被廣泛用于在電子、航天、可穿戴智能紡織品等領域，其中聚二甲基硅氧烷（PDMS）具有重量輕、彈性好、化學穩定性好、加工簡單等優點，在柔性電子器件的散熱領域中潛力巨大。然而PDMS的導熱率（～0.27 W/（m·K））較低，難以滿足熱界面材料的散熱需求，因此提高PDMS材料的導熱性能對其在智能柔性電子器件中的應用至關重要。通過引入導熱填料，如金屬基、陶瓷基和碳基材料等，可以有效提高PDMS材料的導熱性能［3］。碳基材料石墨烯納米片（GNPs）因特殊的sp2碳原子結構而具有高導電性（其體積電阻率僅為10-4 Ω·cm）和高導熱率（600～5000 W/（m·K）），受到了研究者們的廣泛關注［4-5］。氮化硼（BN）作為一種常用的陶瓷基導熱填料，有著與石墨烯相似的晶格結構，同時具備良好的介電性、絕緣性和熱穩定性。而單一填料需在較高的填料含量負載（gt;35%）下才能形成有效的導熱通道，當填料質量分數較高時復合材料易產生力學性能的惡化。高填料負載時復合材料的黏度增大，填料在PDMS基體中難以均勻分散，限制了PDMS復合材料的可加工性［6-9］。解決這一問題的有效措施之一是使PDMS復合材料在低填料用量下實現高導熱率和良好的力學性能。

不同尺寸和形狀的雜化填料對提高PDMS復合材料的導熱性能可起到協同作用。Huang等［10］將BN和銀納米線（AgNWs）作為雜化填料，制備的PDMS基復合材料的導熱率為0.91 W/（m·K），是純PDMS的5.1倍，較BN/PDMS復合材料的導熱率提高了20%。Shen等［11］通過二氧化硅涂層GNPS提高了PDMS復合材料的導熱率，導熱率可達0.49 W/（m·K），比純PDMS復合材料提高了155%。Ji等［12］和張豪等［13］發現，陶瓷基填料BN與碳基填料進行雜化，在相應的復合材料中形成了雙重滲透導熱網絡，增強了復合材料的導熱性能。Li等［14］將BN與GNPs作為雜化填料，通過原位聚合制備了BN+GNPs/PI復合膜，該復合膜在雜化填料BN與GNPs質量比為30∶1時表現出較高的導熱率，導熱率可達1.21 W/（m·K），但其斷裂伸長率僅有4.0%。這是因為雜化導熱填料中各組分間相互作用較弱，導致相分離，使得界面相容性變差，因而雜化填料在基體中分散性差，易發生聚集［15］。因此關于雜化填料在聚合物基體中的分散問題仍需進一步探究。

多巴胺是海洋貽貝等生物所分泌黏液中的重要組成部分，多巴胺單體在弱堿性條件下，易在填料表面自聚合形成聚多巴胺（PDA）［16］。PDA可以在幾乎任何填料上進行保形包覆，使填料的黏附性增強，改善填料與聚合物基體的界面相容性［17-18］。本文以PDA改性后的BN與GNPs作為導熱填料，填充PDMS聚合物基體，經熱壓制備出B-PDA-G/PDMS柔性導熱絕緣膜。系統分析 B-PDA-G/PDMS導熱絕緣膜在較低填料用量下的導熱、力學、電絕緣等性能。探討B-PDA-G/PDMS作為封裝材料，在簡易電熱織物應用中的導熱散熱性能，為未來智能紡織品的導熱散熱應用提供了新的思路。

1 試驗

1.1 材料與試劑

聚二甲基硅氧烷（PDMS，SYLGARD 184，美國道康寧公司）；六方氮化硼（h-BN，平均粒徑1 μm，河北省冶金粉末研究院）；石墨烯納米片（GNPs，lt;15 nm，安徽澤升科技有限公司）；鹽酸多巴胺（DA，98%，天津艾利安電子科技有限公司）；無水乙醇（分析純，天津市開瑞斯精細化工有限公司）；Tris-HCl緩沖液（10 mmol/L，pH=8.5，上海騰準生物科技有限公司）；鍍銀紗線（30 Ω/m，青島天銀紡織科技有限公司）；非織造布（40 g/m2，山東德潤新材料科技有限公司）。

1.2 測試與表征

1.2.1 結構表征

采用傅里葉變換紅外光譜（Nicolet iS50，美國）和X射線光電子能譜儀（XPS，Thermo Scientific K-Alpha，美國）對改性前后填料的化學結構進行表征，利用掃描電子顯微鏡 （SEM，Tescan Mira LMS，捷克）觀察了PDMS復合材料膜的截面形貌。

1.2.2 導熱和絕緣性能測試

導熱率由式（1）計算：

λ=α×Cp×ρ（1）

式中：λ為導熱率，W/（m·K）；α為熱擴散系數，mm2/s；Cp為比熱容，J/（g·K）；ρ為物質密度，g/cm3。

采用激光導熱儀（Netzsch LFA 467，德國）在室溫條件下測量平面內的熱擴散系數。平面內熱擴散系數的試樣直徑為 25.4 mm，厚度約為 0.2 mm。比熱容（Cp）由差示掃描量熱儀（TA DSC250，美國）在20～200 ℃升溫速率為10" ℃/min 下獲得。樣品密度由公式ρ=m/v計算得到。

利用綜合熱分析（STA，TG-DSC449F5，德國）研究樣品的熱穩定性，試驗升溫速率為10" ℃/min，N2氣氛，升溫范圍為30～800" ℃。在控溫環境中，測試得到樣品的質量分數隨溫度變化的熱重曲線（TGA），分析TGA曲線中的耐熱性指數，由式（2）計算：

THRI=0.49×［T5+0.6×（T30-T5）］（2）

式中：THRI為耐熱性指數， ℃；T5為樣品質量損失5%時的分解溫度， ℃；T50為樣品質量損失50%時的分解溫度， ℃。

電絕緣性由數字源表（Keithley2450，美國）測試得到復合材料的體積電阻率。

1.2.3 力學性能測試

采用萬能試驗機（Instron 5969，美國），根據標準GB/T 1040.1—2018《塑料 拉伸性能的測定 第1部分：總則》對膜材料進行拉伸性能測試，試樣尺寸為50 mm×10 mm，拉伸速度為50 mm/min。為保證結果的準確性對每個樣品測試3次，經計算得到膜材料的拉伸強度和斷裂伸長率。

1.2.4 導熱散熱應用測試

為評估膜材料在電熱織物中的導熱散熱能力，分別將填料質量分數10%～30%的導熱絕緣膜作為封裝涂層應用于電熱織物中。利用能量色散X光譜儀（EDS，Tescan Mira LMS，捷克），對涂層織物的截面進行元素分析。通過手持型紅外熱成像儀（H16，杭州微影軟件有限公司）觀察封裝涂層后織物的導熱散熱。

1.3 B-PDA-G/PDMS復合膜的制備

B-PDA-G/PDMS復合膜的制備過程如圖1所示。為研究GNPs含量對材料性能的影響，首先分別將5 g的BN和1、3、5 g和7 g的GNPs填料加入300 mL Tris-HCl緩沖溶液和100 mL乙醇的混合溶液中，4組試驗樣品均在室溫下超聲3 h，然后加入600 mg的鹽酸多巴胺，25" ℃水浴鍋中攪拌24 h，使多巴胺分子在BN和GNPs表面上充分自聚合形成PDA。利用真空抽濾將樣品過濾并用去離子水和酒精沖洗，直至溶液澄清無色。觀察改性后的BN顏色由白變為灰褐色，表明PDA已經包覆在BN 顆粒上。最終將PDA處理后的BN和GNPs放入80 ℃的真空烘箱中，干燥24 h，得到雜化填料BN與GNPs質量比為5∶1、5∶3、5∶5和5∶7的B-PDA-G填料。分別以質量分數為10%、20%和30%的填充量，將不同質量比的雜化填料加入至PDMS基底中，經轉速為2800 r/min的高速分散器（XHF-DY，寧波新芝生物科技股份有限公司）充分攪拌3 min，形成均相混合物后加入固化劑，并將混合后的漿料放入真空烘箱中脫泡備用，最后放入熱壓印機（實驗室自制）模具內，在130" ℃、8 kPa條件下保溫90 s，制備出柔性B-PDA-G/PDMS復合膜。依照雜化填料BN與GNPs質量比，對B-PDA-G/PDMS復合材料命名如表1所示。為比較單一填料BN和雜化填料B-PDA-G在相同質量分數下填充PDMS材料的性能效果，以同樣的方法制備了BN/PDMS復合膜。

2 結果與分析

2.1 B-PDA-G填料性能分析

為確定PDA對雜化填料BN和GNPs的修飾作用，利用FTIR紅外光譜對填料結構進行表征，結果如圖2（a）所示。從圖2（a）中觀察到，BN在1324 cm-1和756 cm-1處的吸收峰分別為B-N伸縮振動和B—N—B的彎曲振動［19］，GNPs在1600～1475 cm-1處為苯環CC的吸收峰。在B-PDA-G雜化填料的結構中，除具有BN和 GNPs的吸收峰外，在1700～1000 cm-1處出現增寬峰，這是由于多巴胺自聚合反應中芳香環骨架振動和—NH不對稱彎曲引起的峰重疊效應。從B-PDA-G對應的3021 cm-1和2924 cm-1處觀察到，存在與PDA一致的不對稱和對稱—CH2—伸縮振動［20-21］，結果表明PDA對雜化填料的成功修飾。

通過XPS進一步分析鑒定了改性前后填料的化學鍵，結果如圖2（b）—（d）所示。從圖2（b）中可以看出，全譜圖中BN和B-PDA-G中C、O、B和N的峰位基本相同，即B1s峰在190.4 eV，C1s峰在284.8 eV，O1s峰在533.5 eV，N1s峰在399.1 eV。這與前人的結果［22-24］一致。BN中C和O的存在可能是由于BN材料暴露于空氣（O2、CO2和H2O）中的殘留物［25］，GNPs高碳含量使得 B-PDA-G中的C含量增加，GNPs中不存在N元素，而B-PDA-G的N元素與BN相比的相對強度增加是因為多巴胺在BN、GNPs表面發生了自聚合。從圖2（c）—（d）中觀察到BN的N1s峰上只存在B-N鍵，而在B-PDA-G中在399.2 eV和401.2 eV出現了兩個新的鍵，這兩個鍵分別對應著PDA的—NH、—NH2組分，這證明PDA對BN和GNPs表面的成功修飾［26］。

為研究PDA在改性填料中的含量，通過 TGA曲線分析BN、GNPs、B-PDA-G填料的熱降解行為，結果如圖2（e）—（f）所示。從圖2（e）中可以看出，與幾乎沒有失重的BN相比，GNPs和B-PDA-G在800" ℃下的失重分別為2.43%和4.38%。在圖2（f）中，PDA在800" ℃時失重45.53%。計算所有樣品的剩余質量，得到PDA在B-PDA-G中的質量分數約為3.67%。

2.2 B-PDA-G/PDMS的形貌結構

填料在基體中的分散狀態會影響其導熱性能。由于BN片層之間具有較強的范德華力相互作用，使得BN在PDMS基體中易產生再堆積和聚集［10］。BN/PDMS的截面圖如圖3（a）—（c）所示，從圖中可以看出，隨著填料負載配比的增加截面更為粗糙，團聚現象增加。B-PDA-G在PDMS集體中的分散狀態，如圖3（d）—（f）所示，由圖中可以看出，與原始的BN

填料相比雜化填料B-PDA-G在PDMS基體中的分散更為均勻。這主要歸功于PDA改性后的雜化填料與PDMS之間產生了較強的界面鍵合。當 B-PDA-G的質量分數增加到30% 時，圖 3（f）中 B-PDA-G/PDMS膜在面內水平方向中出現了均勻而緊密的網絡。這一結果表明經熱壓后的B-PDA-G/PDMS復合材料，填料在PDMS基體中的有效接觸顯著增加，有利于B-PDA-G/PDMS復合材料面內導熱性能的增強。

2.3 B-PDA-G/PDMS復合材料的電絕緣性能

為評價B-PDA-G/PDMS復合材料的電絕緣性能，考察其體積電阻率如圖4所示。BN是電絕緣體，添加不同含量的BN并沒有降低其復合材料的體積電阻率，PDMS和BN/PDMS材料均表現出良好的電絕緣性能，體積電阻率超過了1014 Ω·cm。由于GNPs所具有的極高本征導電性，使得GNPs作為單一填料時，GNPs/PDMS復合材料的體積電阻率只有3.356×108 Ω·cm，低于絕緣材料臨界電阻（109 Ω·cm） ［27］。在B-PDA-G/PDMS復合材料中，隨著填料中GNPs含量的增加，復合材料的體積電阻率逐漸下降。當雜化填料BN與GNPs質量比為5∶5時，B-PDA-G/PDMS的體積電阻率為 3.275×1013 Ω·cm，仍為高絕緣體。BN與GNPs的質量比為5∶7時，B-PDA-G/PDMS復合材料的體積電阻率下降至臨界電阻以下。這種現象的產生是由于PDA產生的界面效應和BN的高絕緣性能，在一定程度上可以抑制GNPs在低比例下的導電性，使BN與GNPs質量比在5∶5及以下時，B-PDA-G/PDMS復合材料表現出優異的絕緣性能。當填料中GNPs的含量超過臨界值時，GNPs可能會相互連接導致界面極化效應的產生［28］，使B-PDA-G/PDMS復合材料由絕緣體轉為半導體。

2.4 B-PDA-G/PDMS復合材料的導熱性能

雜化填料的成功改性有效地克服了單一填料在低填料用量下獲得PDMS材料高導熱率的困難。填料改性前后的PDMS復合材料的導熱率，如圖5（a）所示，由圖中可以看出，PDMS復合材料的導熱率隨著填料含量的增加而逐漸增加。與BN/PDMS相比，B-PDA-G/PDMS材料的導熱率增加得更快。當填料的質量分數為30%時，B-PDA-G/PDMS-3復合材料的導熱率高達7.63 W/（m·K），是相同添加量下BN/PDMS（1.97 W/（m·K））的3.8倍，純PDMS（0.27 W/（m·K））的28.3倍。由于高導熱填料GNPs的加入，增強了B-PDA-G雜化填料在PDMS基體中的熱傳導，隨著雜化填料中GNPs含量的增加B-PDA-G/PDMS復合材料的導熱率顯著增強。通過導熱增強率比較B-PDA-G/PDMS復合材料與純PDMS的導熱率之間的關系，如圖5（b）所

示，由圖中可以看出，當雜化填料中BN與GNPs質量比為5∶5，填料質量分數為30%時B-PDA-G/PDMS復合材料相對于PDMS的導熱增強率為2727%。復合材料的導熱受填料固有導熱率、填料在基體間的界面相互作用和熱傳遞路徑等諸多因素的影響［29］。PDA對BN和GNPs的改性，使得填料在PDMS基體中分散更為均勻。在熱壓過程中隨著雜化填料含量的增加，B-PDA-G/PDMS的熱傳輸網絡更傾向于沿面內方向傳輸。B-PDA-G填料在PDMS基體中的分布如圖6所示，從圖中可以看出，熱固性 PDMS經熱壓變形，PDMS復合膜的厚度由厚變薄表面積變大。在熱壓過程中壓力從PDMS基體傳遞到B-PDA-G填料中，使填料與基體間的導熱間隙減小，B-PDA-G在PDMS中的相互接觸性增加，分布狀態趨于有序，由此B-PDA-G/PDMS復合材料實現面內導熱率的增強。

2.5 B-PDA-G/PDMS復合材料的熱穩定性

針對導熱性能更好的B-PDA-G/PDMS-3復合材料進行熱重測試。TGA曲線如圖7所示，從圖中可以看出，在實驗溫度范圍內所有樣品均表現出相似的降解特征，這表明填料的添加并未改變PDMS的降解機制。采用耐熱性指數（THRI）對TGA曲線中的具體參數分析，進一步評價B-PDA-G/PDMS復合材料的熱穩定性，如表2所示。從表2中可以看出，隨著填料比例的增加，T5和T30均呈上升趨勢。當填料質量分數為30%時，B-PDA-G/PDMS復合材料的T5和T30分別達到452.9 ℃和515.4" ℃，較PDMS高出57.0" ℃和19.5" ℃。結果表明，加入B-PDA-G后PDMS復合材料的熱穩定性得到提升。隨著B-PDA-G填料含量的增加，THRI相應從223.4" ℃增加到了241.0" ℃。出現這種現象，一方面是因為雜化填料的阻礙作用限制了聚合物分子鏈的運動和分解［30］，另一方面因為填料的表面改性增強了PDMS基體與B-PDA-G填料間的界面結合進一步提高了B-PDA-G/PDMS復合材料的熱降解溫度。

2.6 B-PDA-G/PDMS復合材料的力學性能

為研究填料改性前后PDMS復合材料的力學性能，分別對BN/PDMS和B-PDA-G/PDMS-3進行拉伸測試，結果如圖8所示。由圖8（a）中可以看出，隨著填料含量的增加，BN/PDMS和B-PDA-G/PDMS材料的拉伸強度呈下降趨勢，B-PDA-G/PDMS的下降率明顯低于BN/PDMS。當填料質量分數為30%時，與BN/PDMS材料相比，B-PDA-G/PDMS材料的拉伸強度提高了57.7%。在圖8（b）中斷裂伸長率也表現出相似的趨勢，隨著填料含量的增加斷裂伸長率逐漸降低，B-PDA-G/PDMS的斷裂伸長率較BN/PDMS提高了3.3%。這是由于BN和GNPs表面的PDA涂層可以作為BN、GNPs和PDMS之間的界面橋接，使雜化填料組分間的界面相互作用增強，減少了B-PDA-G填料在較低質量分數（≤30%）下，在PDMS基體中的團聚，增強了填料與基體的界面相容性［15］。由此使B-PDA-G/PDMS復合材料在具有較高導熱率的同時力學性能得到改善。

3 B-PDA-G/PDMS復合材料的應用分析

為評估B-PDA-G/PDMS復合材料的應用潛力，將B-PDA-G/PDMS復合材料作為封裝涂層應用于簡易電熱織物中。通過對電熱織物進行封裝，使得小型加熱器件在確保安全的同時將熱量散逸至織物表面。將不同含量的BN/PDMS和B-PDA-G/PDMS-3復合材料分別涂層（厚度為0.5 mm）于縫制有導電鍍銀紗線的非織造布后，進行熱壓形成導熱絕緣膜涂層。涂層電熱織物的SEM-EDS圖譜如圖9所示，從圖中可以看到，大量的C、N、Si均勻分布在織物中，其中B-PDA-G/PDMS涂層織物中的C、N元素較BN/PDMS涂層增多，這與圖2（b）一致，表明PDMS復合材料對織物的成功涂層。通過實驗室組裝的熱紅外測試系統（見圖10（a））調節在5 V電壓下使電熱織物加熱到40" ℃，觀察電熱織物在平面內的導熱范圍變化，如圖10（b）所示。由圖10（b）中可以看出，BN/PDMS和B-PDA-G/PDMS材料涂層織物的導熱范圍隨著導熱填料含量的增加而增大。與BN/PDMS相比，由于B-PDA-G/PDMS材料較高的面內導熱率，B-PDA-G/PDMS材料涂層織物在平面內的導熱范圍更大，提高了受熱織物表面溫度的均勻性。加熱120 s后關閉電源，通過紅外成像儀實時監測電熱織物在80 s內的降溫溫度變化。降溫曲線如圖10（c）—（d）所示，從圖中可以看出，隨著導熱絕緣膜中填料含量的增加織物降至室溫（22～25" ℃）的時間逐漸縮短，填料質量分數為30%時B-PDA-G/PDMS導熱絕緣膜涂層織物的降溫時間最短僅為25 s，是相同含量BN/PDMS涂層織物的45%，表明其散熱能力是BN/PDMS材料的2.2倍。由此證明了B-PDA-G/PDMS復合材料在電熱織物中作為導熱絕緣封裝涂層具有較強的散熱能力。

4 結 論

本文利用PDA對雜化填料BN和GNPs表面的同步改性，經熱壓成功制備出B-PDA-G/PDMS復合材料。探討了填料含量、雜化填料比例等對B-PDA-G/PDMS復合材料綜合性能的影響并將其應用在簡易電熱織物中，證明了B-PDA-G/PDMS復合材料具有良好的散熱能力。主要結論如下：

a） 熱壓后的B-PDA-G/PDMS中雜化填料間物理連接增加，提高了材料的面內導熱率。當BN與GNPs質量比為5∶5，填料質量分數為30%時B-PDA-G/PDMS復合材料的面內導熱率達到7.63 W/（m·K），是相同含量BN/PDMS的3.8倍，純PDMS材料的28.3倍。這一現象表明了改性后的 BN與GNPs 填料間的協同效應能夠顯著增強復合材料的導熱性能。

b） 經PDA改性后的雜化填料與PDMS基體的相容性更好，使得雜化填料質量比為5∶5的B-PDA-G/PDMS復合材料，在較低的填料負載下（30%）具有較高面內導熱率的同時擁有良好力學性能和電絕緣性。B-PDA-G/PDMS-3復合材料的斷裂伸長率為123.3%，拉伸強度為0.27 MPa，體積電阻率為3.275×1013 Ω·cm。

c） 將B-PDA-G/PDMS復合材料應用于電熱織物的封裝材料，結果表明B-PDA-G/PDMS與BN/PDMS相比導熱范圍更大，散熱性能更好（40～25" ℃降溫時間僅需25 s）。

以上研究結果表明B-PDA-G/PDMS導熱絕緣復合材料對智能紡織品中電子器件的封裝具有廣闊的應用前景。

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Preparation and application of B-PDA-G/PDMS thermally conductive insulating materials

CHENG" Chunfen1，" PAN" Jiajun1，" TANG" Kongke2，" XIA" Zhaopeng1，" LIU" Zhitao3

Abstract： "With the continuous improvement of people's living standards， people have put forward more diverse requirements for the performance of clothing， and it has shown great market prospects. As the future development trend of wearable devices， the heat dissipation of electronic devices has gradually become the key to research and application in various fields， especially in the textile field. If there is no effective heat dissipation， overheating will seriously reduce the performance and reliability of the equipment. Polymers are often used in thermal management materials for their advantages of good processability， high relative molecular mass， low water absorption， high resistivity， high breakdown voltage， corrosion resistance and low cost. However， the inherent low thermal conductivity （0.2～0.5 W/（m ·K）） of the polymer matrix generally limits its heat dissipation applications. Usually， thermally conductive fillers such as the inorganic ceramic fillers of aluminum oxide （Al2O3）， aluminum nitride（AlN）， and zinc oxide（ZnO） are added to the polymer matrix to improve the thermal conductivity of polymers. The addition of these high-density ceramic fillers usually results in low compatibility with the polymer， poor dispersion， high loading， and unsatisfactory improvement of the thermal conductivity of the composites.

To solve the heat dissipation problem in wearable electronic devices， flexible thermal management materials with high thermal conductivity and electrical insulation properties were obtained. Boron nitride （BN） and graphene nanoparticles （GNPs） were selected as hybridized thermally conductive fillers， and B-PDA-G/PDMS flexible thermally conductive and insulating films with different filler contents were prepared by hot-pressing method after surface modification of the hybridized fillers by polydopamine （PDA） and mixing with polydimethylsiloxane （PDMS） matrix. Fourier transform infrared spectroscopy （FTIR）， X-ray photoelectron spectroscopy （XPS） and scanning electron microscopy （SEM） were used to investigate the effects of filler B-PDA-G and single BN on improving the thermal conductivity of PDMS membrane materials and to assess the feasibility of their application in the textile field. The results show that the B-PDA-G/PDMS composite membranes can maintain good mechanical properties， electrical insulation and thermal conductivity at low filler filling. When the mass ratio of BN to GNPs is 5∶5 and the mass fraction of filler is 30%， the in-plane thermal conductivity of B-PDA-G/PDMS can reach up to 7.63 W/（m ·K）， which is 2.8 times and 27.3 times higher compared to BN/PDMS materials and pure PDMS materials， respectively.

By coating the flexible thermally conductive and insulating composites into the electrothermal fabric as the encapsulation coating， it is found that B-PDA-G/PDMS has better heat transfer and dissipation ability compared with BN/PDMS at the safe heating temperature of human body， which demonstrates its broad application prospect in smart wearable products.

Keywords： surface modification; polydimethylsiloxane （PDMS）; polydopamine （PDA）; thermal conductivity and insulation; thermal management

收稿日期：2023-09-20 網絡出版日期：2023-11-22

基金項目：教育部科技發展中心產學研創新基金項目（2021DZ020）

作者簡介：程春芬（1997—），女，河南洛陽人，碩士研究生，主要從事功能紡織品及熱管理材料方面的研究。

通信作者：夏兆鵬，E-mail：xia_zhaopeng@163.com