受控分子架構環氧樹脂複合材料提升能源設備可靠性

2025年，科學界見證了材料科學領域的一項重大突破。隸屬於西安建築科技大學機械與電氣工程學院的研究團隊，提出了一種創新的「分子有序化設計」策略。該研究集結了專注於新能源和儲能系統材料的專家，成功開發出一種環氧樹脂封裝材料，其獨特之處在於結合了超高導熱性與卓越的絕緣性能，為電力電子元件的可靠性奠定了新的基礎。

達成此項成就的關鍵，在於利用有機分子作為結構性的「模板」，以便在環氧樹脂系統內部構建出高度有序的結構。這種精確的分子排列方式，能夠確保熱量被有效地傳導散逸，從而顯著提高材料的導熱係數。同時，緊密的結構佈局和能量陷阱，即使在工作溫度高達200°C的嚴苛條件下，也能確保絕緣的可靠性，有效抑制高能電子的活動，防止電氣故障發生。

此項開發的迫切性，源於市場對能夠承受日益增長的熱負荷與電氣應力的封裝材料需求不斷攀升。現代的功率半導體元件正朝著更小巧、更強大的方向發展，這使得傳統的環氧樹脂難以應對這些挑戰。透過利用分子模板來有目的地塑造材料的宏觀特性，這項解決方案巧妙地克服了電力電子領域長期以來存在的瓶頸，為高功率密度設計提供了堅實的材料支撐。

該材料在200°C高溫下的可靠性，為其在要求最嚴苛的電力電子領域的立即應用開闢了廣闊前景。研究團隊表示，他們計劃進一步探索此方法論在不同樹脂系統中的通用性，展現出追求廣泛工程實用性的決心。這項基於對微觀結構深刻理解的技術突破，將成為下一代高科技系統發展的催化劑，有望創造出更持久、性能更卓越的設備，極大地延長其使用壽命並提升運作效率。

這項新發現是在中國積極進行熱流管理研究的大背景下誕生的。值得注意的是，西安交通大學和浙江大學的科學家們正在研發超彈性氣凝膠，而中國科學院則展示了一種具有各向異性導熱性的陶瓷纖維氣凝膠（SiC@SiO₂），該材料甚至能在高達1300°C的溫度下運行。這些案例都印證了尋找高效散熱方法仍然是科學界的首要任務，這也為環氧樹脂複合材料領域的成功增添了額外的份量與重要性，突顯了中國在先進材料研發上的領先地位。