來源 | Polymer

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背景介紹

隨著現代社會消費者對便攜式電子設備的需求不斷增加，電子設備向著更小、更輕、多功能的方向發展。因此電子元件的高度集成度導致電子電路中單個元件產生的熱量越來越多，散熱問題面臨一系列挑戰。在實際工作狀態下，如果廢熱不能及時排除，集中的高溫會對電子電路中的元器件造成重大損壞，是造成器件故障的主要原因，對電子產品的耐用性產生不利影響。

熱界面材料(TIMs)是有效轉移或去除電子器件廢熱以避免器件因工作在過熱條件下而發生故障的重要和不可或缺的材料。然而，為了填充散熱器與TIM接觸面之間的細小氣隙，需要在高壓下進行壓縮過程，這可能會破壞電子電路的組件，無法完全填充大的氣隙。

熱熔膠(HMA)由于其能夠與大多數材料快速而牢固地結合，并且與其他TIMs相比易于操作，近年來作為解決上述問題的材料而引起了人們的關注。此外，在融化過程中，HMA具有高流動特性，可以充分填充散熱片接觸面存在的氣隙，提高傳熱效率，這是一個優勢，可以大大提高器件的性能和耐用性。

低密度聚乙烯(LDPE)因其優異的絕緣性能、較高的機械強度和良好的循環利用性能，是目前極具吸引力的HMA型TIMs聚合物基體之一。然而，盡管其具有優良的機械和化學性能，以及方便的操作過程，但其低的通平面導熱系數和較差的形狀穩定性阻礙了其作為TIM的實際應用可能性。

因此，許多研究開發了LDPE與六方氮化硼納米片(BNNS)相結合的高導熱復合材料，以在熔體粘附過程中實現高導熱和形狀穩定。然而，較強的化學鍵和強的范德華力會導致BNNS與LDPE的相容性較低，從而導致BNNS與LDPE界面處的相分離和重新聚集。因此，由于這些問題引起的熱阻增加，這可能會大大降低制備好的BNNS/LDPE復合材料的熱導率。如何解決BNNS與LDPE界面熱阻的問題是合成TIMs材料的關鍵問題。

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成果掠影

韓國的Joong Hee Lee教授 和Ok-Kyung Park教授聯合在關于BNNS/LDPE聚合物復合材料的界面熱阻問題方向取得新進展。該團隊報道了一種有效的合成方法，通過與短PE鏈支化氮化硼納米片(BNNS)雜化制備低密度聚乙烯(LDPE)基多功能復合材料，用于高性能熱熔膠(HMA)型熱界面材料(TIM)。為了提高BNNS/LDPE的熱力學性能，通過硝基偶聯反應，對BNNS表面進行了短PE鏈(PE-g-BNNS)的改性，提高了BNNS與LDPE之間的界面結合力。

結果表明，與BNNS/LDPE相比，PE-g-BNNS /LDPE的平面導熱系數提高了22%，垂直面內導熱系數提高了66%。與純LDPE相比，其熱輻射性能也提高了約11%。此外，與純LDPE相比，PE-g-BNNNS /LDPE的抗拉強度提高了66%，模量提高了350%，表明PE-g-BNNNS /LDPE可以作為TIM來滿足高科技電子器件的應用要求。

研究成果以“Boron nitride nanosheet reinforced polyethylene nanocomposite film for high-performance hot-melt adhesive type thermal interfacial material”為題發表于《Polymer》。

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圖文導讀

圖1. 膜材料制備工藝示意圖。

圖2. 材料的結構以及物理特性。

圖3. PE-g-BNNS的XPS能譜圖。

圖4.BNNS和 PE–g–BNNS微觀結構示意圖。

圖5. 復合材料的機械性能和導熱系數。

圖6. 復合材料的熱管理性能和截面結構示意圖。

END

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