Highly Thermally Conductive and Flame-Retardant Waterborne Polyurethane Composites with 3D BNNS Bridging Structures via Magnetic Field Assistance

材料科学 阻燃剂 聚氨酯 复合材料 氮化硼 桥接(联网) 微观结构 复合数 热导率 热的 导电体 纳米技术 计算机网络 计算机科学 物理 气象学
作者
Hao Jiang,Yuhui Xie,Mukun He,Jindao Li,Feng Wu,Hua Guo,Yongqiang Guo,Delong Xie,Yi Mei,Junwei Gu
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Nature]
卷期号:17 (1)
标识
DOI:10.1007/s40820-025-01651-1
摘要

Abstract The microstructure design for thermal conduction pathways in polymeric electrical encapsulation materials is essential to meet the stringent requirements for efficient thermal management and thermal runaway safety in modern electronic devices. Hence, a composite with three-dimensional network (Ho/U-BNNS/WPU) is developed by simultaneously incorporating magnetically modified boron nitride nanosheets (M@BNNS) and non-magnetic organo-grafted BNNS (U-BNNS) into waterborne polyurethane (WPU) to synchronous molding under a horizontal magnetic field. The results indicate that the continuous in-plane pathways formed by M@BNNS aligned along the magnetic field direction, combined with the bridging structure established by U-BNNS, enable Ho/U-BNNS/WPU to exhibit exceptional in-plane ( λ // ) and through-plane thermal conductivities ( λ ⊥ ). In particular, with the addition of 30 wt% M@BNNS and 5 wt% U-BNNS, the λ // and λ ⊥ of composites reach 11.47 and 2.88 W m −1 K −1 , respectively, which representing a 194.2% improvement in λ ⊥ compared to the composites with a single orientation of M@BNNS. Meanwhile, Ho/U-BNNS/WPU exhibits distinguished thermal management capabilities as thermal interface materials for LED and chips. The composites also demonstrate excellent flame retardancy, with a peak heat release and total heat release reduced by 58.9% and 36.9%, respectively, compared to WPU. Thus, this work offers new insights into the thermally conductive structural design and efficient flame-retardant systems of polymer composites, presenting broad application potential in electronic packaging fields.
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