來源 | Advanced Functional Material

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背景介紹

隨著高度集成的電子器件的出現，巨大的功耗產生了過多的熱量導致電子設備的熱失效。因此，電子器件中的熱管理對于提高器件耐用性具有重要意義。傳統的電子器件熱管理解決方案采用了散熱器和熱界面材料(TIM)，散熱器由高導熱金屬如銅或鋁基材料組成。雖然散熱器有高導熱系數，但是由于界面熱阻的問題導致傳熱效率低下。此外，近年來10nm級高集成電子器件的發展，TIM在封裝高集成電子芯片或異構集成中的熱管理作用至關重要。此外，隨著可穿戴式、可折疊式、可卷曲式等各種外形設備的發展，對在機械應力下具有高散熱性能的TIM的需求也在增加。

為了應對這些挑戰，聚合物基復合材料已經投入了大量的精力。傳統的復合材料是將導熱填料如氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鋅或銅分散在聚合物基體中制備的，這些復合材料的導熱系數達到7 W/mK。然而，油脂類材料和低導熱系數的問題嚴重限制了它們在高功率電子設備中的熱管理。液態金屬導熱系數達到30 W/mK，并且通過表面改性方法與聚合物具有良好的可加工性，液態金屬基聚合物復合材料在可穿戴類電子的熱管理的應用中顯示出巨大的潛力。

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成果掠影

近期，新加坡南洋理工大學Pooi See Lee團隊針對電子設備的熱失效問題開發出了具有優異熱管理性能的復合材料。該文介紹了一種用于熱管理的可印刷、導熱和機械穩定的復合油墨的策略。該文報道了EGaIn納米顆粒修飾銀片/聚乙烯醇(PVB)復合油墨的熱管理應用。采用電替換的方法實現了EGaIn納米顆粒在銀片上的修飾。納米顆粒在銀片表面化學錨定并形成合金，在銀片之間形成有效的熱傳遞結，使銀片具有較高的導熱系數(≈140 W/mK)和較高的印刷油墨導電性(≈106 S/m)。此外，由于聚合物粘結劑，印刷油墨在基材上機械穩定，在循環彎曲測試中表現出穩定的導熱性和片材電阻。值得注意的是，與商用銀膏和導熱膏相比，所開發的復合油墨對發光二極管(LED)的散熱性能更好。有效降低了LED的結溫，從而延長了LED的使用壽命。熱管理解決方案可用于下一代柔性電子產品。研究成果以“Flexible and Printable Composite Ink for

Thermal Management of Soft Electronics”為題發表在《Advanced Functional Materials》。

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圖文導讀

圖1. EGaIn納米顆粒裝飾銀片/PVB柔性熱管理復合材料的制備工藝示意圖。

圖2. 復合材料的EDS以及結構分析。

圖3. 復合材料的導熱系數測試。

圖4.復合材料的歸一化的導熱和電阻循環測試。

圖5.復合材料與商用導熱膏的熱管理性能對比。

圖5.復合材料的在LED中的應用示意圖。

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