來源 | Journal of Energy Chemistry

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背景介紹

隨著電子設備小型化和集成化的蓬勃發展，用于高級計算的微處理器的功率密度急劇增加。電子設備產生的大量熱量積聚在設備內部，例如集成電路。過熱引起的溫度升高會限制電子設備的工作適應性，導致頻繁的故障甚至自燃。因此，開發提高散熱效率的熱管理材料具有重要的意義。

相變材料(Phase change materials, PCMs)作為一種高效的熱管理材料，可以通過固-液相變過程吸收和釋放熱量。然而，PCMs存在漏液、導熱系數低、剛性強等固有缺陷，嚴重制約了其進一步的實際應用。大多數PCMs都表現出脆性和易碎性。當用作散熱器和加熱元件之間的熱界面材料(TIMs)時，這種現象會產生不可忽略的熱阻，從而對電子器件的熱管理效率產生不利影響。

柔性PCMs被認為是與物體接觸且能夠承受某些變形(例如，彎曲，拉伸和壓縮)的材料。雖然目前的PCMs具有優異的形狀穩定性和柔韌性，但由于難以加入導熱填料，其導熱性仍然有限。因此，當PCMs用作TIMs時，對靈活性和增強導熱性的要求仍然具有挑戰性。

02

成果掠影

近期，西南交通大學王勇和祁曉東團隊針對開發用于電子器件熱管理的柔性導熱相變材料取得最新進展。本文制備了聚二甲基硅氧烷/石蠟/氮化硼(PDMS/PW/BN)相變復合材料。首先通過刮削獲得BN沿平面(x-y方向)的排列，然后通過熱壓縮和滾切誘導BN沿平面(z方向)排列。因此，PW被交聯的PDMS/BN網絡包裹，從而形成與天然木材相似的年輪結構。年輪結構有效地避免了PW的液體泄漏，從而顯示出高達98%的高尺寸保留率。BN網絡的垂直取向使PCM在BN負載為13.0 wt%時的通平面導熱系數提高到2.16 W/mK，與PDMS/PW相比，顯著提高了943%。通過觸發PW的熔融結晶轉變，pcm表現出可調諧的導熱性。原位x射線衍射表明，BN網絡重排發生在相變過程中。在實際工作芯片上和有限元仿真中，驗證了PCMs具有良好的熱管理能力。這項工作提出了一種經濟有效的方法來生產具有優異導熱性的柔性PCM，它有潛力用于先進電子產品的熱管理。研究成果以“Tree-ring structured phase change materials with high through-plane thermal conductivity and flexibility for advanced thermal management”為題發表于《Chemical Engineering Journal》。

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圖文導讀

圖1.PDMS/PW/BN PCMs的制備工藝示意圖。

圖2. PCMs的微觀結構以及樹木年輪結構對比。

圖3.復合材料在加熱過程中的DSC曲線。

圖4. (a) M40W60Bx復合材料在2 N恒壓下加熱過程中的尺寸保留率;(b)顯示M40W60Bx在加熱和壓制過程中的封裝效果的數碼照片。

圖5.復合材料的熱管理性能。

圖6. 復合材料的導熱系數以及結構與形貌示意圖。

圖7. 復合材料的熱管理性能測試。

圖8.復合材料的有限元模擬示意圖。

END

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