随着5G通信时代来临，多功能电子设备呈现小型化、密集化趋势，功率密度增大，在有限的时间和封闭空间中不可避免地产生大量的热积聚，严重影响源电子元件的使用可靠性和寿命，甚至可能引起火灾。因此必须研制能有效散热的热管理材料。目前的导热材料存在各种各样的缺点。金属与陶瓷材料导热效果好，但硬度高、密度高；柔性聚合物复合材料质量轻，但导热系数一般较低，这大大限制了其在5G器件领域中的实际应用。为了解决这一问题，必须设计一种具有超高平面导热系数的高分子导热材料。
同济大学的王正洲与南昆士兰大学的宋平安等人合作，开发出一款类珍珠层的各向异性纳米复合膜。有关研究近日发表在《先进功能材料》上，题为《可扩展、坚固、低成本、高导热各向异性纳米复合薄膜，用于安全高效的热管理》。
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该团队利用苯基磷酸盐(PPA)作为石墨烯纳米片(GNPs)的表面改性剂来改善材料的亲水性，并且可用作易燃成膜剂PVA的阻燃剂。PPA分子可通过π-π堆积作用在GNPs表面上形成粘附。另外，PPA的膦基与PVA羟基之间存在氢键相互作用，保证了二者间具有较强的界面。将石墨烯纳米片水溶液涂覆到干燥的PPA@GNPs-PVA基材表面，再浇注一层PPA@GNPs-PVA溶液，重复五次可制得P@G-PVA/G多层纳米复合薄膜。
透射电镜和拉曼光谱的测试结果表明，所得到的高填充度类珠层具有各向异性，有望表现出优良的力学和导热性能。
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力学性能测试表明，该纳米复合材料柔韧性较高，具有259MPa的拉伸强度和82.4W/m·K的超高平面热导率，约是PVA材料的411倍。仅0.12g的该新型薄膜就可承重2.0kg，静态拉伸不会破裂，超过自重16600倍。
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消防安全对于热管理材料的实际应用至关重要。该团队进行了垂直燃烧测试，结果表明，15G-PVA/10G复合薄膜在着火后可连续燃烧22秒，直至薄膜烧完；相比之下，新型复合薄膜不能被酒精灯点燃，只会散发少量烟雾，即使被火烤了60秒之后，也能保持着原状。除耐火性能外，极高的电磁干扰屏蔽效率也是该纳米复合膜的一大优点，其在12GHz条件下具有高达37.8dB的电磁干扰强度，能够满足大部分商用应用的最低要求。这种薄膜有望在电子、汽车、军事、航空航天等领域得到实际应用。
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