來源 | Chemical Engineering Journal

01 背景介紹

微納電子器件的爆炸式增長刺激了對高性能熱界面材料(TIM)的需求，以解決其過熱問題。考慮到電絕緣性和柔韌性，采用高導熱填料的聚合物基復合材料(包括金屬、碳和陶瓷材料)受到了廣泛的關注。然而，金屬或碳填充復合材料的導電性不可避免的限制了其在電子器件中的應用。因此，氮化硼、氧化鋁或氧化鎂等具有高導熱性和電子絕緣性的陶瓷填料是高性能TIM的候選填料。

其中，六方氮化硼(h-BN)由于其高平面內導熱系數(理論上高達2000 W/(mK))和優異的電子絕緣而引起了特別的關注。為了有效地將熱源產生的多余熱量傳遞到散熱器，理想的TIM最好具有高的垂直導熱系數。到目前為止，聚合物/BN復合膜即使在高填料含量(~60 wt%)下的導熱系數一般小于10 W/(mK)。然而，這種聚合物膠合填料骨架，由于簡單的物理接觸，相鄰填料之間的界面相互作用相對較弱，這在結處造成強烈的聲子散射，極大地限制了所得復合材料的導熱性增強。

聚合物-六方氮化硼(BN)復合材料因其高導熱性和優異的電子絕緣性而成為電子器件理想的熱界面材料(TIM)。然而，由于BN填料的二維形狀和化學惰性，BN的垂直排列和巨大的熱阻是當前面臨的挑戰，阻礙了聚合物/BN復合材料的高效傳熱。因此開發新型的材料制備策略調控填料的排列方式是非常重要的研究方向之一。

02成果掠影

近期，復旦大學陳敏教授團隊在開發高導熱系數的硅基橡膠復合材料取得新的進展。該團隊提出通過結合一種新型的非溶劑誘導相分離工藝“原位焊接”策略。

結果表明，室溫硫化硅橡膠(RTV SR)注入后，得到的RTV SR/ W -BN復合膜在BN負載僅為15 wt%的情況下，通過面導熱系數顯著提高至15.4 W/(mK)。此外，有限元調制和模型擬合表明，由于焊接材料和BN填料之間的晶格結構相同，原位焊接BN- BN可以有效降低BN- BN的ITR。更重要的是，硅橡膠基體優異的可壓縮性和柔韌性，保證了充分的變形，充分填補空隙，從而減少了熱源與TIM之間的接觸熱阻，在不同壓力下，該復合薄膜的接觸熱阻遠低于商用熱界面材料。該策略為現代電子器件的高性能TIM開辟了一種新穎的高通量制備策略。

研究成果以“Design of Silicon Rubber/BN Film with High Through-plane Thermal Conductivity and Ultra-low Contact Resistance”為題發表于《Chemical Engineering Journal》。

03

圖文導讀

圖1.復合膜的制備以及微觀結構表征。

圖2.材料的XRD結構示意圖。

圖3.聚合物/w-BN復合膜的熱性能。

圖4.RTV SR/w-BN復合膜的基本性能。

圖5.復合薄膜在CPU冷卻系統中的熱管理性能。

END

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