聚合物的热导率通常很低，无法直接用于热管理应用。在本研究中，通过溶胶-凝胶-薄膜转换和退火方法，利用PBO纳米纤维作为构建模块，制备了聚对苯撑苯并二噁唑（PBO）膜。聚合物膜的面内热导率为36.7W/mK，比大多数聚合物的热导率高两个数量级（＜0.5W/mK），是304不锈钢的2.4倍。高导热率归因于微调溶胶-凝胶-薄膜转换产生的高度定向的3D互连纳米纤维网络，以及退火进一步增强了PBO链的有序性和纳米纤维之间的相互作用。此外，PBO膜表现出优异的机械强度、热/化学稳定性、电绝缘性、阻燃性和改进的抗紫外线性能。这种轻质、坚固且易于加工的PBO薄膜具有类似金属的导热性，有望用于热管理应用。
图1.PBO薄膜的制备方法。A）由质子化的纳米纤维形成的酸性溶胶。B）通过交联去质子化的纳米纤维形成具有3D网络的酸性凝胶。C）梯度溶剂置换后的醇凝胶，显示凝胶体积收缩和更致密的3D纳米纤维网络。D）PBO薄膜及其传热示意图。E）退火PBO薄膜的示意图。F）退火PBO薄膜的光学照片。
图2.PBO凝胶和薄膜的结构。A-C）PBO醇凝胶中网络结构的SEM图像：A）PBO-0.125、B）PBO-0.25和C）PBO-0.5（插图：PBO酸和醇凝胶的光学照片，显示溶剂置换后的体积变化）。D-F'）SEM和原子力显微镜（AFM）图像，显示了PBO薄膜的表面：D,D'）PBO-0.125，E,E'）PBO-0.25和F,F'）PBO-0.5。G）未置换梯度溶剂的un-PBO-0.25醇凝胶中的网络结构的SEM图像。H）un-PBO-0.25薄膜的表面形态。I）各种PBO薄膜的2D WAXD图案和Herman取向参数（f）（入射光束几乎平行于薄膜平面）。
图3.原始PBO薄膜的热导率和机械性能。A）各种PBO薄膜的TC。B）在水中超声处理（24h）、在1M HCl水溶液中浸渍（24h）、在1M NaOH水溶液中浸渍（24h）以及在液氮中浸渍（2h）的PBO-0.25的TC。C,D）各种PBO薄膜的应力-应变曲线及机械强度和韧性比较。E-G）PBO-0.25薄膜断裂面。
图4.PBO薄膜的热退火。A）PBO薄膜热退火示意图。B）PBO-0.25薄膜在不同温度下退火后的光学照片及其在MSA溶剂中的溶解度。C）各种PBO薄膜的XRD图谱。D）各种PBO薄膜的TC。E）各种PBO薄膜的应力-应变曲线。F）PBO-0.25和PBO-0.25-400在不同时长紫外线照射前后的表面形态。G）PBO-0.25和PBO-0.25-400在UV照射前后（400h）的面内TC和拉伸强度。这些数字分别为紫外线照射后TC和拉伸强度的保持率。
图5.PBO薄膜的性能。A）不同材料的TC（黑色条）和TC/密度（橙色条）。B）304不锈钢、PBO-0.25-400薄膜和锡箔热界面材料用于热管理的工作温度与时间的关系（插图：热管理测试装置示意图）。C）不同热管理材料的红外图像。D）PBO薄膜与传统金属（304不锈钢）、陶瓷（Al2O3）和聚合物（环氧树脂和超拉伸PE薄膜）的主要特征比较。热稳定性定义为最高使用温度。P和F表示通过或未通过评估标准：不可燃性（参考UL94，V-0）、电绝缘（电阻高达1×109Ωcm）和化学稳定性（耐酸碱）。N/A代表超拉伸PE薄膜的具体强度没有答案。
