聚合物的熱導率通常很低，無法直接用于熱管理應用。在本研究中，通過溶膠-凝膠-薄膜轉換和退火方法，利用PBO納米纖維作為構建模塊，制備了聚對苯撐苯并二噁唑（PBO）膜。聚合物膜的面內熱導率為36.7W/mK，比大多數聚合物的熱導率高兩個數量級（＜0.5W/mK），是304不銹鋼的2.4倍。高導熱率歸因于微調溶膠-凝膠-薄膜轉換產生的高度定向的3D互連納米纖維網絡，以及退火進一步增強了PBO鏈的有序性和納米纖維之間的相互作用。此外，PBO膜表現出優異的機械強度、熱/化學穩定性、電絕緣性、阻燃性和改進的抗紫外線性能。這種輕質、堅固且易于加工的PBO薄膜具有類似金屬的導熱性，有望用于熱管理應用。
圖1.PBO薄膜的制備方法。A）由質子化的納米纖維形成的酸性溶膠。B）通過交聯去質子化的納米纖維形成具有3D網絡的酸性凝膠。C）梯度溶劑置換后的醇凝膠，顯示凝膠體積收縮和更致密的3D納米纖維網絡。D）PBO薄膜及其傳熱示意圖。E）退火PBO薄膜的示意圖。F）退火PBO薄膜的光學照片。
圖2.PBO凝膠和薄膜的結構。A-C）PBO醇凝膠中網絡結構的SEM圖像：A）PBO-0.125、B）PBO-0.25和C）PBO-0.5（插圖：PBO酸和醇凝膠的光學照片，顯示溶劑置換后的體積變化）。D-F'）SEM和原子力顯微鏡（AFM）圖像，顯示了PBO薄膜的表面：D,D'）PBO-0.125，E,E'）PBO-0.25和F,F'）PBO-0.5。G）未置換梯度溶劑的un-PBO-0.25醇凝膠中的網絡結構的SEM圖像。H）un-PBO-0.25薄膜的表面形態。I）各種PBO薄膜的2D WAXD圖案和Herman取向參數（f）（入射光束幾乎平行于薄膜平面）。
圖3.原始PBO薄膜的熱導率和機械性能。A）各種PBO薄膜的TC。B）在水中超聲處理（24h）、在1M HCl水溶液中浸漬（24h）、在1M NaOH水溶液中浸漬（24h）以及在液氮中浸漬（2h）的PBO-0.25的TC。C,D）各種PBO薄膜的應力-應變曲線及機械強度和韌性比較。E-G）PBO-0.25薄膜斷裂面。
圖4.PBO薄膜的熱退火。A）PBO薄膜熱退火示意圖。B）PBO-0.25薄膜在不同溫度下退火后的光學照片及其在MSA溶劑中的溶解度。C）各種PBO薄膜的XRD圖譜。D）各種PBO薄膜的TC。E）各種PBO薄膜的應力-應變曲線。F）PBO-0.25和PBO-0.25-400在不同時長紫外線照射前后的表面形態。G）PBO-0.25和PBO-0.25-400在UV照射前后（400h）的面內TC和拉伸強度。這些數字分別為紫外線照射后TC和拉伸強度的保持率。
圖5.PBO薄膜的性能。A）不同材料的TC（黑色條）和TC/密度（橙色條）。B）304不銹鋼、PBO-0.25-400薄膜和錫箔熱界面材料用于熱管理的工作溫度與時間的關系（插圖：熱管理測試裝置示意圖）。C）不同熱管理材料的紅外圖像。D）PBO薄膜與傳統金屬（304不銹鋼）、陶瓷（Al2O3）和聚合物（環氧樹脂和超拉伸PE薄膜）的主要特征比較。熱穩定性定義為最高使用溫度。P和F表示通過或未通過評估標準：不可燃性（參考UL94，V-0）、電絕緣（電阻高達1×109Ωcm）和化學穩定性（耐酸堿）。N/A代表超拉伸PE薄膜的具體強度沒有答案。
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