专利示意图
一、技术领域
高导热聚合物材料领域
二、专利介绍
1.专利信息
专利类型：发明
专利权人：清华大学深圳国际研究生院
申请号：202310544184.7
发明人：孙波、高豆豆
2.专利说明书摘要
一种具有高本征热导率的聚合物材料及其制备方法，该聚合物材料包括由聚丙烯酰胺在碱溶液中水解得到的-COO-和-CONH2均匀分布的丙烯酰胺-丙烯酸钠二元共聚物P(AM-co-AAS)。其两种基团之间存在双功能作用和协同效应，第一类带电基团依靠彼此之间的排斥力实现聚合物链段在一定程度上舒展和解缠结，让聚合物链段排列更加有序，减少无序热振动从而提高传热效率；第二类氢键的强极性基团可以在聚合物链段中形成均匀致密的双氢键网络。带电基团不但能让链段更加有序还可以增加原子之间的极化作用，从而使两种基团之间的氢键增强。所得聚合物链间强氢键相互作用远大于原始链间的范德华力，链间的导热率得到显著提高。
3.创新点
本发明所述的技术方案，其特点在于两种基团之间存在双功能作用和协同效应。第一类带电基团可在不同的水解程度环境下让其自身带正电或负电荷，如-COO-，-NH4+。这些带电基团必须均匀分布在聚合物链段当中，依靠彼此之间的排斥力实现聚合物链段在一定程度上舒展和解缠结，让聚合物链段排列更加有序，减少无序热振动从而提高传热效率。第二类氢键的强极性基团如-COOH，-OH，-CONH2等，可以在聚合物链段中形成均匀致密的氢键网络。带电基团不但能让链段更加有序还可以增加原子之间的极化作用，从而使种两基团之间的氢键增强。因此所得聚合物链间强氢键相互作用远大于原始链间的范德华力，因此链间的导热率得到有效提高。在这些条件下，以特征材料：PAM水解产物为例，其本征热导率最高可达达到1.9 W m-1 K-1，相比原始的PAM热导率提高了约7倍，约为普通聚合物的10倍。此外，这种方法应用在多种材料中还具备快捷，环保，高产率，成本低的特点 。
4.痛点问题
提高聚合物热导率的常用方法是将其与高κ填料如金属及金属氧化物颗粒混合，所得的复合材料κ值在1-10 W m-1 K-1之间。然而，大量的填料虽然提高了复合材料的热导率，但会显著增加材料成本，也可能使聚合物基体材料本身的特性发生其他重要的变化，如机械，电气和光学特性。聚合物链的有序化是另一条在聚合物中实现高κ的探索路线，但这种方法通常需要一定的分子水平制造技术(例如，静电纺丝，纳米级模板，机械拉伸)，并且链段的取向导致κ的高各项异性。在实际应用当中，以普通制造工艺制得的非晶聚合物材料且能够在平面内和平面外方向上实现高κ的技术才有可能会被推广和应用。目前为止没有任何一个工业化非晶聚合物材料能在不借助填料的帮助下实现热导率大于 0.6 W m-1 K-1。
5.技术优势
（1）目前为止没有任何一个工业化非晶聚合物材料能在不借助填料的帮助下实现热导率大于0.6 W m−1 K−1，改发明所涉及的产品热导率高达1.9 W m−1 K−1；
（2）与商用掺杂型高导热高分子材料对比，它同样具备许多优点。例如因其自相融性，可以实现纳米级的超薄涂层，抗老化，耐热性能也十分优良。完全不具备掺杂型高导热高分子材料，因填料颗粒过多造成的器件磨损，粗糙度大，以及因应力和形变导致的界面剥离和脆化等影响其使用寿命的问题。此外，本发明所提到的水解改性PAM的制备方法，不仅原料易得价格低廉，还具备快捷，环保，高产率等的特点，使得该聚合物有非常广泛的实际应用价值和前景。
三、产业化信息
1.应用场景
（1）电子、计算机、汽车等领域中被广泛应用于电路板的散热、集成电路的散热、LED灯的散热等方面；
（2）晶显示器的散热、光纤通信等领域。导热膜一般由导热材料和聚合物基材组成，通过导热材料的导热性能实现热量传递。
2.商业价值
这项技术可能在以下领域和行业中得到应用：
（1）电子行业：在电子产品中，高分子材料的散热性能对产品的稳定性和寿命有着重要的影响。如果您的高分子材料能够实现更好的热导率，可能会得到电子行业的广泛应用。这包括计算机、手机、平板电脑、智能家居等电子设备；
（2）汽车行业：在汽车制造中，高分子材料的应用越来越广泛，可以用于制造汽车内饰、外壳、散热系统等。您的高分子材料如果能够实现更好的热导率，可能会被广泛应用于汽车散热系统，提高汽车发动机的效率和寿命；
（3）航空航天行业：在航空航天行业中，散热系统对航空器的性能和寿命至关重要。如果您的高分子材料能够实现更好的热导率，可能会得到航空航天行业的广泛应用；
（4）医疗行业：在医疗器械制造中，高分子材料的应用越来越广泛，可以用于制造手术器械、人工器官、假肢等。如果您的高分子材料能够实现更好的热导率，可能会被广泛应用于医疗设备的散热系统，提高医疗设备的效率和寿命；
（5）电子行业：导热高分子材料广泛应用于电子行业中的散热器、LED灯、电子设备等领域。据市场研究公司Grand View Research的报告，全球LED市场规模预计将从2021年的123亿美元增长到2028年的265亿美元，其中导热高分子材料的应用将会得到推动。
3.发展规划
（1）技术研发：在该技术的基础上，持续进行技术优化和升级，提高热导率和材料的稳定性，推出更多应用领域；
（2）市场调研：深入调研市场需求和竞争情况，为技术优化和产品研发提供有效的市场指引；
（3）产品应用拓展：该技术的应用领域广泛，可针对不同行业的需求研发出多款高性能的导热高分子产品，例如LED照明、汽车电子、新能源等领域；
（4）合作伙伴拓展：与相关行业的知名企业建立合作关系，共同研发创新应用，拓展市场份额；
（5）品牌推广和市场营销：加强品牌推广和市场营销，提高品牌知名度和市场占有率，加速技术商业化进程；
（6）创新团队建设：吸引高端人才加入技术研发团队，不断推动技术创新和升级，确保技术领先优势；
（7）知识产权保护：积极保护技术创新成果的知识产权，规范技术交流和合作，防范技术泄露和侵权风险；
（8）生产流程优化：不断优化生产流程，提高生产效率和降低成本，实现规模化生产和市场化应用。
4.合作方式
面议
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联系方式：ttc@sz.tsinghua.edu.cn
