导热介电复合材料是应对现代电子信息技术高速发展中热管理与介电性能协同需求的核心功能材料。随着人工智能、5G/6G通信等技术向高频化、高集成化方向演进，电子器件功率密度显著提升与尺寸持续微型化，导致器件内部局部热点效应加剧。传统聚合物基体虽具备电绝缘性，但其固有低导热特性难以快速导出热量，造成器件性能退化与寿命缩短，成为制约设备可靠性的关键瓶颈。目前常用的方法是通过在介电聚合物基体中引入高导热绝缘填料，利用界面工程调控填料分散性与取向性，并构建填料导热网络在保持基体性能的同时提升导热能力。然而，填料的引入往往带来介电性能的恶化，如何平衡导热介电复合材料的导热性能与介电性能是电子器件热管理领域亟待解决的关键问题。

本研究提出一种通过界面工程调控实现聚偏氟乙烯（PVDF）基复合材料导热与介电性能协同提升的策略。首先采用溶剂辅助超声剥离法制备高氟化度的氟化石墨烯（FG）纳米片，其表面分布的C-F键赋予材料优异的电绝缘性与化学稳定性。随后通过溶液共混-热压成型工艺，在定向压力诱导下实现FG纳米片与PVDF分子链的协同取向排列，构建了贯穿基体的面内导热网络。定向排布的FG纳米片作为声子传输桥梁，有效降低填料与基体界面热阻，同时诱导PVDF分子链形成有序结晶结构，减少晶界散射对声子传输的阻碍。当FG含量为5 wt%时，复合薄膜面内热导率达6.8 W/(m·K)，较纯PVDF提升30倍以上。此外，FG的低介电常数与电绝缘性抑制了界面极化损耗，同时其氟化表面促进PVDF形成非极性α晶相，显著降低材料介电常数并保持低的交流电导率。这种通过结构设计实现的导热路径构建与介电相调控协同效应，为解决聚合物基复合材料中导热与介电性能矛盾提供了新路径。所制备的FG/PVDF复合薄膜具有高效热传导能力、良好的介电性能与绝缘性，可满足5G通信器件、柔性传感器等对高频环境下导热介电耦合管理的苛刻需求，展现出良好的实际应用潜力。

图1 剥离FG的TEM图(a)、TEM HAADF图和相应的C、F元素EDX图(b)、高分辨率TEM和SAED图(c)、AFM图和相应的高度剖面(d)；原始FGi和剥落FG的XRD谱图(e)、FTIR谱图(f)和XPS全谱(g)；原始FGi(h)和剥离FG(i)的高分辨率C1s XPS谱图。

图2 FG/PVDF薄膜的XRD谱图(a)、FTIR谱图(b)以及由FTIR谱图(c)得出的PVDF α和β+γ构象的相对分数；FG/PVDF薄膜在FG负载为0wt%、2wt%、5wt%、9wt%和13wt%时的截面SEM图像（d1-d5）和2D WAXS图像（e1-e5）。

图3 FG/PVDF膜的面内、面外热导率(a)，面内热导率与面外热导率的比值(b)，α-相的WAXS强度(c)；热导率的综合比较(d)，LED分别照射60、120和180s后PVDF和FP-5膜的红外热像(e)和相应温度变化图(f)。

陈文：武汉理工大学材料学科首席教授，博士生导师。“百千万人才工程”国家级人选，享受国务院政府特殊津贴，兼任中国硅酸盐学会副理事长，中国固态离子学会副理事长，中国建筑材料联合会科技教育委员会主任。面向物联网、信息产业和能源环境等应用领域，长期致力于功能材料结构与物理效应及在新能源、智能传感等领域应用的研究，探明材料与器件的多场信息响应机理，开发一系列高性能压电/介电材料、新型功能薄膜、新型纳米复合材料等功能材料与器件，并在多场景中得到应用验证。承担国家级重点科研项目10多项，获省部级科技奖一等奖2项、二等奖2项，国家级教学成果奖二等奖1项，在国内外权威学术刊物上发表学术论文500多篇，包括 Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Energ. Environ. Sci. 等，授权国家发明专利50多件，多件专利成果得到推广应用。

沈杰：武汉理工大学教授，博士生导师，国家级高层次人才（青年），中国复合材料学会智能复合材料专业委员会委员，湖北省五一劳动奖章和复合材料学会青年科技奖获得者，“楚天英才计划“科技创新团队带头人。长期从事功能材料结构与物理性能研究，在复合介质高频介电响应机理、功能复合材料设计、复合材料界面调控等方面取得了一定理论与技术成果，应用于多款装备。指导学生获第八届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛金奖，第九届“创青春”中国青年创新创业大赛金奖，湖北省第十二届“挑战杯”大学生创业计划竞赛金奖。相关成果发表高水平学术论文50余篇、获授权发明专利30件。

Li Q, Qi Y, Wang Z, et al. Simultaneous enhancement of dielectric and thermal conductivity in poly(vinylidene fluoride) composite films via fluorinated graphene nanosheets incorporating. Nano Research, 2025, 18(6): 94907449. 

https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907449.