高效雙向熱傳導可調節的三維雜化連續碳網絡設計導熱散熱展 | 熱管理展

熱管理博覽會

2024年6月13日 10:32

來源 | Nano-Micro Letters

背景介紹

電子信息行業和軍事領域的設備不斷朝著小型化、模塊化和集成化發展。然而，高功率密度設備的性能通常受限于組件之間的界面。這是因為熱管理系統中界面的傳熱效率通常較低，出現熱聚集，導致設備的操作穩定性、效率和壽命明顯降低，甚至引發熱失效。為解決這一問題，迫切需要設計兼具高熱導率和良好機械性能的先進高性能熱界面材料(TIMs)。聚合物TIMs表現出良好的流變特性，賦予聚合物基導熱復合材料軟彈性，可有助于在固-固界面處實現強的聲子-電子耦合，提升界面熱傳導效率。不幸的是，提高填料含量，復合材料的導熱系數提升，但其軟彈性降低。因此，熱導率和機械性能之間的權衡是獲得優良熱界面材料的有效措施。

成果掠影

近日，天津大學封偉教授團隊通過在水平取向的石墨烯膜(HOGF)表面沉積垂直排列的碳納米管(VACNTs)，制備獲得正交各向異性的三維(3D)混合碳網絡(VSCG)。然后，通過退火策略優化VACNT和HOGF之間的界面相互作用。接著，利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)填充VSCG的縫隙，最終獲得了具有優異三維高導熱的VSCG/PDMS復合材料。結果表明，復合材料的面內和面外熱導率最高分別為113.61和24.37 W m?1 K?1。HOGF的高接觸面積和VACNTs的良好壓縮性，協同使得VSCG/PDMS復合材料具有較低的界面熱阻。與最先進的導熱墊相比，VSCG/PDMS復合材料的界面傳熱效率提高了71.3%。研究成果以“Regulatable Orthotropic 3D Hybrid Continuous Carbon Networks for Efficient Bi-Directional Thermal Conduction ”為題發表在《Nano-Micro Letters》。

圖文導讀

圖1 示意圖顯示了VSCG網絡的結構設計概念，以及VSCG/PDMS復合材料的合成路線；HOGF：水平定向石墨烯flm；在不同催化劑濃度下制備的VSCG的掃描電鏡圖像：c 0.01、d0.003和e 0.1 g/mL；在催化劑濃度為0.01、0.03和0.1 g/mL下制備的VSCG中VACNTs的2D SAXS圖像；在f VSCG-0.01、g VSCG-0.03和h VSCG-0.1中PDMS滲透后復合材料的截面形貌。VACNTs垂直排列的碳納米管TEOS正硅酸四乙酯VSCG正各向異性三維混合碳網絡PDMS聚二甲基硅氧烷。

圖2 a VSCG/PDMS復合材料與催化劑濃度的平面內和橫向電導率（k∥和k⊥）；b VSCG/PDMS復合材料的結構演化；c VSCG/PDMS復合材料的溫度變化；d VSCG/PMDS復合材料沿平面方向導熱時的紅外圖像；e模擬VSCG/PDMS復合材料沿平面方向的導熱能力和相應的表面溫度變化；gk⊥與λ和h TCE的比較。VSCG/PDMS和先前報道的具有不同類型網絡的復合材料中的k∥相關性。（λ=導熱各向異性協同作用；TCE=導熱系數增強）

圖3 a VSCG-0.01/PDMS、VSCG-0.03/PDMS和VSCG-0.1/PDMS復合材料的應用載荷與應變圖應變高達90%；b0-10%應變的放大圖；c VSCG/PDMS復合材料的壓縮模量的比較；模擬10%應變加載前后VSCG-0.01/PDMS、VSCG-0.03/PDMS和f VSCG-0.1/PDMS的應力曲線；測試VSCG/PDMS復合材料與Cu金屬粘附的g模型；模型粘附強度-應變曲線；i VSCG/PDMS復合材料的導熱系數、壓縮性和粘附性能的比較。

圖4 TIMs的界面傳熱特性示意圖；b不同功率下加熱器的時間表面溫度變化；c VSCG-0.01/PDMS和T-FLEX 700 TIMs中加熱器的表面穩態溫度作為功率的函數；d模擬TIMs的熱水器與kef；e模擬集成VSCG-0.01/PDMS和T-FLEX 700 TIMs的冷卻系統的溫度特性；f VSCG-0.01/PDMS TIM循環加熱/冷卻試驗中的熱沖擊穩定性。

"第二屆熱管理材料技術博覽會”（iTherMEXPO2024） 將于 2024年11月6-8日 在 深圳國際會展中心7號館 舉辦，將高效呈現熱管理產業鏈的一站式價值對接平臺，以滿足和促進熱管理行業各單位交流、合作和共贏發展。創新型的材料、儀器、設備、設計與仿真、解決方案、應用場景、專利技術等薈聚鏈接和呈現將是博覽會的重要組成部分；熱管理領域科學、材料、技術和工程等相關專題論壇、圓桌/閉門、專家問診、創新創業項目展示、新品發布、需求對接等活動也將精彩同期呈現，特別是科研單位創新性的技術和成果也將獲得從實驗室對接轉移到市場的機會。