來源 | ACS Applied Materials&Interfaces

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背景介紹

固體物體的表面總是凹凸不平的。假設兩個表面波動僅為1 μm的物體相互接觸，在它們的界面處將觀察到一個大于38.0 mm² K/W的巨大熱阻抗，與15.2 mm厚的銅板相當。這種由不可忽略的界面氣隙產生的熱障，一直阻礙著電子器件散熱過程。為了促進有效的界面熱傳遞，開發了熱界面材料(TIM)來填充氣隙并連接兩個物體。在過去的二十年里，人們對高導熱系數材料的發展給予了相當大的關注，并對高導熱TIMs進行了許多嘗試。從先前報道的TIMs來看，操縱各向異性k并使其在厚度方向上表現出色并不是一件非常困難的事情。

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成果掠影

近期，四川大學吳凱團隊針對開發具有優異性能的熱界面材料取得最新進展。本研究提出了一種低鍵合厚度(BLT)路徑來減輕夾層熱阻抗。通過在Al₂O₃ - PDMS和Al₂O₃ -填料界面區按需定位鎵基液態金屬LM，成功制備了一種高觸變、導熱和電絕緣的PDMS/LM-Al₂O₃/ZnO復合材料。這種復合材料在潤滑脂狀態下表現出接近最大填料直徑的邊界BLT和低至僅4.05 mm² K/W的超低有限熱阻R_eff。這種BLT和超低Reff的優勢歸功于界面LM的獨特功能，即釋放與剛性Al₂O₃相鄰的PDMS鏈的遷移性，并充當Al₂O₃和其他填料之間的潤滑劑，以促進它們在邊界BLT下的運動。在這項工作中，使用功能液體進行填料表面改性的幸運嘗試，以及制造超低Reff TIM的低BLT策略，將激勵未來的材料科學家和工程師開發更多新概念和高性能的TIMs，用于不同的熱管理應用。研究成果以“Dry-Contact Thermal Interface Material with the Desired Bond Line Thickness and Ultralow Applied Thermal Resistance”為題發表于《ACS Applied Materials&Interfaces》。

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圖文導讀

圖1. 基于PDMS的TIMs應用熱阻的理論預測與表征。

圖2. 固定化PDMS在界面區的流變行為。

圖3. 無機填料在低BLT條件下的流變行為。

圖4. PDMS基TIMs的面外熱輸運特性。

圖5. PDMS的TIMs熱管理應用。

END

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