北京化工大學(xué)盧詠來教授課題組：基于凝膠多糖及泡沫模板的三維氧化鋁導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備

2021年6月28日 16:27
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隨著電子工業(yè)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代電子設(shè)備的能量密度不斷提高，這就使得它們在使用過程中會產(chǎn)生大量的熱。現(xiàn)代電子設(shè)備對高導(dǎo)熱界面材料的要求越來越高。獲得高熱導(dǎo)率的關(guān)鍵是在基體中建立起完整的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。
基與上述背景，北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院盧詠來教授課題組采用發(fā)泡法，通過對氧化鋁以及凝膠多糖懸浮液進(jìn)行發(fā)泡，利用泡沫將氧化鋁及凝膠多糖排斥到泡孔之間，然后在一定溫度下加熱，發(fā)揮凝膠多糖的快速凝膠特性，將導(dǎo)熱通路固定下來。圖1顯示了制備的過程。圖2顯示了形成的導(dǎo)熱通路的結(jié)構(gòu)。

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圖1    3D-Al2O3-PDMS 復(fù)合材料的制備流程示意圖 .

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圖 2   氧化鋁骨架材料的 SEM 圖像： (a-d) 不同氧化鋁含量的氧化鋁骨架材料； (e-f)骨架材料上的開孔； (g-i)在氮氣中于500 ℃加熱的氧化鋁骨架材料.
得到導(dǎo)熱骨架材料后，他們通過真空浸漬的方法將PDMS注入到骨架材料的泡孔中，PDMS固化后制得復(fù)合材料。圖3是制備的復(fù)合材料截面的SEM圖以及EDS圖，它們展示了復(fù)合材料中氧化鋁和PDMS的存在狀態(tài)。

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圖3  3D-Al2O3-PDMS的微觀結(jié)構(gòu): (a-c) SEM圖片；(d) 3D-Al2O3-PDMS的SEM圖像以及Si、Al和O元素的EDS圖像.

圖4(a)顯示了氧化鋁凝膠復(fù)合材料和通過無規(guī)共混法制備的復(fù)合材料它們的熱導(dǎo)率對氧化鋁負(fù)載量的依賴性。通過兩種方法制備的復(fù)合材料的熱導(dǎo)率都隨著氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而逐漸增大。當(dāng)填料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增大，填料逐漸在基體中構(gòu)建起導(dǎo)熱通路，使得聲子由交替通過基體和填料的方式，逐漸轉(zhuǎn)向更多地在連接起來的填料網(wǎng)絡(luò)中通過。當(dāng)氧化鋁的含量從22.5 wt%提高到69.6 wt%時，簡單共混法制備的復(fù)合材料的熱導(dǎo)率從0.34 W/m·K提高到了0.97 W/m·K，而制備的氧化鋁凝膠復(fù)合材料的熱導(dǎo)率從0.39 W/m·K提高到了1.25 W/m·K。他們在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氧化鋁凝膠復(fù)合材料、無規(guī)共混復(fù)合材料以及純硅膠樣品的下表面加熱，并對三者上表面溫度變化進(jìn)行監(jiān)測。從圖4(c)中可以看到，在前100s內(nèi)，氧化鋁凝膠復(fù)合材料的傳熱效率與簡單共混復(fù)合材料相比具有明顯的優(yōu)勢。氧化鋁凝膠復(fù)合材料具有更快的溫度響應(yīng)。在100s之后溫度變化趨于平穩(wěn)，熱傳導(dǎo)逐漸達(dá)到平衡。

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圖4    (a) 3D-Al2O3-PDMS 和 Al2O3-PDMS 的熱導(dǎo)率； (b,c) 3D-Al2O3-PDMS ， Al2O3-PDMS 和 PDMS 的熱紅外成像和表面溫度曲線
該工作已于 Chinese Journal of Polymer Science 印刷出版。 李守俊碩士研究生和李京超博士是該論文的共同第一作者，盧詠來教授為通訊作者。該工作得到教育部裝備預(yù)研基金(基金號 6141A020222XX)和博士后科學(xué)基金(基金號 2020M680405)的資助。

原文鏈接：

http://www.cjps.org./article/doi/10.1007/s10118-021-2581-4?pageType=en


來源：高分子科學(xué)


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