「不完美」才是關鍵！研究發現：有缺陷的填料竟讓導熱塑膠效能提升160%

由麻省大學阿默斯特分校主導的研究團隊，顛覆了「完美填料才能創造最佳導熱塑膠」的傳統認知。這項刊登於《Science Advances》期刊的突破性研究顯示，含有缺陷的導熱填料反而能讓聚合物複合材料的效能提升160%，為新一代材料開發開闢全新道路。

在追求輕量化、高彈性且具備優異散熱效能的次世代材料時，研究團隊意外發現「不完美」的優勢。這項跨校合作結合實驗與理論驗證，參與機構包含麻省理工學院、北卡羅來納州立大學、史丹佛大學等多所頂尖研究單位。

塑膠材料憑藉其輕量、絕緣、柔韌且易加工的特性，早已成為現代科技不可或缺的關鍵材料，從高速微晶片、LED到智慧型手機隨處可見。然而傳統塑膠的導熱性差，容易導致裝置過熱，產生效能下降甚至起火風險。

過去科學家總認為，要提升塑膠導熱性就必須新增完美無瑕的金屬、陶瓷或碳基填料。但實際情況卻非如此簡單——即使新增40%導熱係數高達2000 W/m·K的鑽石填料，理論值800 W/m·K的導熱效果也從未實現，關鍵在於填料團聚、介面熱阻等問題。

研究團隊特別選用兩種聚乙烯醇(PVA)複合材料進行對比：一組新增完美石墨填料，另一組則使用有缺陷的氧化石墨填料，濃度皆控制在5%。結果令人驚訝——雖然單獨測試時完美填料的導熱係數確實較高（292.55 vs 66.29 W/m·K），但當加入聚合物後，含缺陷填料的反倒表現優異160%。

透過熱傳導測量、中子散射、量子力學建模等先進技術，團隊發現缺陷填料的粗糙表面能阻止聚合物鏈過度緊密堆積，這種「增強振動耦合」效應大幅提升介面熱傳導效率。北卡州立大學劉軍副教授形容：「缺陷有時反而成為橋梁，讓熱流傳遞更順暢。」

該研究不僅推翻傳統材料科學認知，更為超高導熱聚合物設計奠定理論基礎。未來從高效能晶片到柔性機器人等應用，都有機會透過這種「缺陷工程」實現更出色的散熱表現。研究經費由美國國家科學基金會支援，相關成果已獲學界高度關注。