同济王正洲教授、南昆大宋平安教授 CEJ：苯基次磷酸铁@氧化石墨烯增强环氧材料的阻燃、力学和导热性能

随着5G通讯技术和人工智能技术（Al）的快速发展，其相关的电子器件朝着小型化、集成化、多功能化的趋势发展，这就对环氧（EP）材料的阻燃、力学和导热性能提出了更高的要求。传统EP材料有质轻、机械性能高、成型加工性好、化学稳定和成本低等优点。然而，EP材料易燃，同时EP自身导热系数（λ）很低，无法满足微电子封装材料高功率化、高密度化和高集成化的要求。另外，在EP材料中添加过多的阻燃剂和导热填料会造成EP材料力学性能的恶化。因此，如何同时提高EP材料的阻燃、力学和导热性能成为当前科研和工业领域迫切需要解决的难题之一。

近日，同济大学材料学院王正洲教授和南昆大宋平安教授在《CEJ》期刊上发表了题为“An iron phenylphosphinate@graphene oxide nanohybrid enabled flame-retardant, mechanically reinforced, and thermally conductive epoxy nanocomposites”的文章（https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140424）。为同时提高EP材料的阻燃、力学和导热性能，该课题组首先通过原位自组装的方法将苯基次磷酸铁（FeHP）负载在氧化石墨烯（GO）的表面，合成出FeHP@GO。其次，将FeHP@GO添加到EP中，制备出EP/FeHP@GO纳米复合材料。研究结果表明，2.0 wt% FeHP@GO使EP材料具有卓越的阻燃性能，EP/2.0FeHP@GO的UL-94等级达到V-0。同时，相比于纯EP，EP/2.0FeHP@GO的LOI提高了42.5%，PHRR和THR分别降低了46.2 %和23.5 %。另外，EP/2.0FeHP@GO的拉伸强度和导热系数相比于纯EP分别提高了32.6%和96.0 %。EP/FeHP@GO纳米复合材料的制备为EP材料在5G和AI等新兴领域的应用提供了一个很好的思路。

图1. （a）FeHP@GO合成路线示意图；（b）GO，（c）FeHP，（d-e）FeHP@GO的TEM图片；（f）GO，（g）FeHP，（h）FeHP@GO的SEM图片；（i）FeHP@GO的EDX谱图

图2. （a）EP材料的LOI值；（b）纯EP和（c）EP/2.0FeHP@GO在UL-94垂直燃烧试验中的数码照片；（d）EP材料的HRR曲线；（e）EP材料的THR曲线；（f）EP材料的COPR曲线；（g）EP材料的TSR曲线；制备的EP纳米复合材料和以前其它文献报道的阻燃EP纳米复合材料在达到UL-94 V-0等级所需阻燃剂含量与复合材料相应的（h）LOI值的提高程度和（i）PHRR降低程度

图3. （a）纯EP和EP/2.0FeHP@GO残炭的数码光学照片图；（b）纯EP和（c-d）EP/2.0FeHP@GO残炭的SEM图片；（e）EP/2.0FeHP@GO残炭的EDX谱图；（f）纯EP和（g）EP/2.0FeHP@GO残炭的拉曼谱图；（h）FeHP@GO在EP材料中的阻燃机理

图4. （a）纯EP和各种EP复合材料的应力–应变曲线；（b）纯EP和各种EP复合材料的拉伸强度；（c）纯EP和各种EP复合材料的拉伸模量；（d）纯EP和各种EP复合材料的断裂伸长率；（e）纯EP和各种EP复合材料的冲击强度；（f）制备的EP纳米复合材料和以前其它文献报道的阻燃EP纳米复合材料在达到UL-94 V-0等级所需阻燃剂含量与复合材料相应的拉伸强度的提高程度

图5. （a）纯EP和各种EP复合材料的导热系数；（b）各种EP复合材料导热系数的提高程度；（c）制备的EP纳米复合材料和以前其它文献报道的阻燃EP纳米复合材料在达到UL-94 V-0等级所需阻燃剂含量与EP复合材料相应的导热系数；纯EP和EP/2.0FeHP@GO复合材料的（d）红外热图像和（e）表面温度随时间的变化

博士生陈强为该文的第一作者。该项工作受到国家自然科学基金的支持。

作者简介

王正洲，同济大学材料科学与工程学院教授，博士生导师，多年来主要从事聚合物改性，聚合物材料的导热、阻燃、热解和燃烧机理等方面的研究。王正洲教授主持参加了多项国家自然科学基金项目，国家重点基础研究项目，国家“九五”科技攻关项目，安徽省科技厅十五重大攻关项目，和中国科学院知识创新项目。研究成果已在多个国际高水平SCI期刊上进行发表，其中包括Advanced Functional Materials, Chemical Engineering Journal, Nano Research, Composites Part B, Composites Part A, Journal of Hazardous Materials等高水平一区论文。学术论文被引用超过1500次（其中2篇论文单篇被引用次数超过百次）。此外还获得省部级鉴定成果五项，申请发明专利十多项 (其中授权发明专利六项) 。

宋平安，南昆士兰大学农业与环境科学教授，澳大利亚研究理事会未来研究学者（ARC Future Fellow）。博士期间师从浙江大学方征平教授从事高分子材料的阻燃研究，2009年获得高分子化学与物理专业博士学位。一直致力于（1）高分子材料的阻燃、增强增韧、增容等高性能化和结构–性能关系;（2）新型高效阻燃剂和火灾预警传感器; 和（3）锂电池的火安全等方面的研究。迄今，主持包括4项澳大利亚研究理事会项目和2项中国国家自然科学基金在内的30余项科研项目。以第一作者和/或通讯作者在Science, Adv. Mater.、Matter、和Macromolecules 等国际学术期刊上发表学术论文200余篇，并受邀在Prog. Mater. Sci.和Prog. Polym. Sci.等期刊发表综述论文。其中影响因子>10的80余篇，ESI高被引18篇，热点论文2篇；论文总引用11,000余次，H指数为67（谷歌学术）；编写英文书籍章节2章；申请发明专利20余项；目前担任Front. Mater.（2020 IF: 3.985）的副编辑、J. Nanomater.（IF: 3.791）的学术编辑, Compos. Part B: Eng.（IF:11.32）和J. Mater. Sci. Technol. (IF:10.32) 的编委。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140424