制备兼具高机械强度、高导热性以及自熄特性的聚合物复合材料，一直是工业界与学术界亟待解决的一大难题。为实现聚合物复合材料的高导热性，通常需加入高含量的导热粉体，但这往往导致材料的机械性能、柔韧性和加工性大幅下降。此外，导热粉体作为填料在制备导热复合材料时还会引发一系列问题。例如，由于填料和聚合物基体之间相容性差，接触热阻高，导致复合材料的导热系数往往低于理论预测。再者，填料分布的不连续性会进一步增大界面热阻，而填料与聚合物间较弱的界面结合力还会引发严重的声子散射现象。为应对上述挑战，研究人员积极探寻各种解决方案。

近日，同济大学邱军教授、中国药科大学周湘副教授、南开大学Zhao Weiqiang团队针对高导热复合材料机械强度不足、生产成本大、界面热阻高和易燃性的挑战取得最新进展。研究团队受苍耳“多刺种子-树皮”3D结构的启发，使用乙二胺亚甲基膦酸铜作为“多刺”，并将功能化球形氧化铝作为“种子”填料，开发出浇注聚氨酯（PUC）复合材料。这种独特的多刺结构不仅能够有效防止有机磷酸酯的自聚合，赋予聚合物自熄性能，还能通过“种子”与基质的连接增强复合材料的机械强度和导热性。同时，树皮状结构促使功能颗粒实现有效互连，优化了复合材料内部的协同作用。表面积的增大降低了界面热阻，从而显著提升了导热性能。所制备的PUC复合材料展现出卓越的性能，抗拉强度达到15.9 MPa，导热系数高达2.51 W·m⁻¹·K⁻¹，为高功率CPU提供了持续高效的散热解决方案。这些复合材料还具有低密度、广泛的可获取性和环境友好性，是符合全球发展战略的可持续电子和新能源应用领域极具潜力的候选材料。相关研究成果已以“Cocklebur-Inspired Robust Non-flammable Polymer Thermo Conductor for CPU Cooling”为题，发表于《Small》期刊。