熱界面材料技術(shù)的案例
一種用于定向垂直碳纖維基復(fù)合熱界面材料的制備技術(shù)
采用有限元模擬方法研究了定向SCFs與Al球形顆粒復(fù)合材料的工作機(jī)理和導(dǎo)熱性能。
此外，利用紅外熱像儀觀察了復(fù)合材料在加熱和冷卻階段的表面溫度變化。當(dāng)SCF-90作為裸模和筆記本電腦熱管之間的TIM時(shí)，溫度下降了16℃，表明SCF-90成功地實(shí)現(xiàn)了沿垂直定向碳纖維基三維網(wǎng)絡(luò)的高效傳熱。這項(xiàng)工作說明了使用SCFs制備高導(dǎo)熱3D網(wǎng)絡(luò)的前景，可用于未來電子設(shè)備的熱管理。
研究成果以“Pie-rolling-inspired construction of vertical carbon fiber high thermal conductivity hybrid networks”為題發(fā)表于《Applied Surface Science》。
該成果是蘇州泰吉諾新材料有限公司在高性能熱界面材料產(chǎn)學(xué)研方面的一個(gè)縮影，泰吉諾將堅(jiān)守企業(yè)責(zé)任，以客戶需求為導(dǎo)向，不斷在高性能熱界面材料領(lǐng)域開展前沿研究，為客戶提供性能更優(yōu)良的原創(chuàng)產(chǎn)品。
03
圖文導(dǎo)讀
圖1.定向技術(shù)以及材料制備工藝示意圖。
圖2.復(fù)合材料的XRD圖譜。
圖3.不同倍數(shù)的SCF-random的SEM圖像。
圖4.不同角度（0?，45?和90?）復(fù)合材料的SEM和EDS圖像。
圖5.不同條件下復(fù)合材料的熱導(dǎo)率變化以及本文熱導(dǎo)率和相關(guān)文獻(xiàn)對比。
圖6.SCF-0, SCF-45, SCF-90 和 SCF-only-90的有限元分析。
展開 第四屆熱管理材料與技術(shù)大會 第二輪通知
材料產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，大會將設(shè)置B1 熱界面材料技術(shù)與應(yīng)用論壇、B2 導(dǎo)熱高分子材料技術(shù)論壇、B3 碳基熱管理材料技術(shù)論壇、B4 熱沉材料與技術(shù)論壇、B5 陶瓷基板材料與技術(shù)論壇、B6 隔熱保溫材料技術(shù)與應(yīng)用論壇、B7 第二屆固態(tài)制冷材料與技術(shù)應(yīng)用論壇等關(guān)鍵領(lǐng)域方向，以適應(yīng)和儲備熱管理新技術(shù)的競爭發(fā)展。
C. 技術(shù)應(yīng)用
九層之臺，起于累土。新需求、新技術(shù)、新方案的全方位呈現(xiàn)。
C1 熱物性分析與測試論壇、C2 熱設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用論壇、C3 封裝熱管理與可靠性技術(shù)論壇、C4 熱管技術(shù)與應(yīng)用論壇、C5 功率器件熱管理技術(shù)論壇、C6 液冷技術(shù)應(yīng)用論壇等領(lǐng)域方向，將為熱管理材料與技術(shù)的積累升級和創(chuàng)新發(fā)展，提供強(qiáng)有力的支撐和新動力。
D. 工程方案
匠心獨(dú)運(yùn)，精益求精。優(yōu)秀的熱管理解決方案，必定是想用戶之所想、解用戶之所難，精心打造產(chǎn)品體系基石，滿足用戶需求和賦予產(chǎn)品價(jià)值。
設(shè)置D1 儲能熱管理技術(shù)應(yīng)用論壇、D2 電動汽車綜合熱管理論壇、D3 消費(fèi)電子熱管理應(yīng)用論壇、D4 5G熱管理技術(shù)與應(yīng)用論壇等領(lǐng)域方向，大會將精彩呈現(xiàn)頂尖機(jī)構(gòu)與企業(yè)的行業(yè)遠(yuǎn)見與案例，助力熱管理多場景應(yīng)用發(fā)展。
E. 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)
科技是強(qiáng)盛之基，創(chuàng)新是進(jìn)步之魂。本環(huán)節(jié)將在大會同期設(shè)置E1 2023熱管理知識產(chǎn)權(quán)論壇、E2 2023夯邦熱管理材料與技術(shù)項(xiàng)目路演等活動。
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關(guān)于我們
隨著電子技術(shù)的快速更迭進(jìn)步，芯片、器件及電子設(shè)備等向微型化、高性能化、集成化及多功能方向發(fā)展，功率密度和發(fā)熱量急劇攀升。
展開 第四屆熱管理材料與技術(shù)大會第一輪會議通知來了！請收好！
全面了解熱管理行業(yè)政策市場、科學(xué)基礎(chǔ)、前沿材料、新興技術(shù)的發(fā)展，未來盡在掌握。
A. 熱學(xué)科學(xué)前沿論壇
合抱之木，生于毫末。熱科學(xué)領(lǐng)域前沿研究和新興技術(shù)的小樹苗，終有一天將長成一棵參天大樹。論壇將關(guān)注聚焦熱超構(gòu)材料、熱智能器件、高熱導(dǎo)率半導(dǎo)體材料、傳熱傳質(zhì)、機(jī)器學(xué)習(xí)、太陽能光伏光熱綜合利用、熱致變色等方向。
B. 功能材料
不積跬步，無至千里。闡明和探索熱管理材料的機(jī)理與特性，將為材料與技術(shù)的研究開發(fā)提供理論指導(dǎo)，夯實(shí)產(chǎn)品應(yīng)用基礎(chǔ)。
材料產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，大會將設(shè)置熱界面材料、導(dǎo)熱高分子材料、碳基熱管理材料、熱沉材料、陶瓷基板、隔熱保溫材料等關(guān)鍵領(lǐng)域方向，特別呈現(xiàn)固態(tài)相變制冷、輻射制冷、熱電制冷等新型固態(tài)制冷材料和技術(shù)，以適應(yīng)和儲備熱管理新技術(shù)的競爭發(fā)展。
B1 熱界面材料技術(shù)與應(yīng)用論壇
B2 導(dǎo)熱高分子材料技術(shù)論壇
B3 碳基熱管理材料技術(shù)論壇
B4 熱沉材料與技術(shù)論壇
B5 陶瓷基板材料與技術(shù)論壇
B6 隔熱保溫材料技術(shù)與應(yīng)用論壇
B7 第二屆固態(tài)制冷材料與技術(shù)應(yīng)用論壇
C. 技術(shù)應(yīng)用
九層之臺，起于累土。新需求、新技術(shù)、新方案的全方位呈現(xiàn)，將為熱管理材料與技術(shù)的積累升級和創(chuàng)新發(fā)展，提供強(qiáng)有力的支撐和新動力。
C1 熱物性分析與測試論壇
C2 熱設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用論壇
C3 封裝熱管理與可靠性技術(shù)論壇
C4 熱管技術(shù)與應(yīng)用論壇
C5 功率器件熱管理技術(shù)論壇
C6 液冷技術(shù)應(yīng)用論壇
D. 工程方案
匠心獨(dú)運(yùn)，精益求精。優(yōu)秀的熱管理解決方案，必定是想用戶之所想、解用戶之所難，精心打造產(chǎn)品體系基石，滿足用戶需求和賦予產(chǎn)品價(jià)值。
展開 具有高導(dǎo)熱性和界面適應(yīng)性的可回收BN/環(huán)氧熱界面材料
來源 | Chemical Engineering Journal
01
背景介紹
隨著電子器件向小型化、集成化、大功率密化的方向發(fā)展，對高效散熱技術(shù)的需求日益迫切。熱界面材料(TIMs)通過連接熱源和散熱器，可以有效避免過熱和設(shè)備損壞。最新的TIM不僅要求高熱流密度以適應(yīng)輕量化趨勢，而且要求可回收性以緩解電子垃圾帶來的環(huán)境壓力。然而，制備既具有高散熱性能又具有可回收性的TIM仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
含有導(dǎo)熱填料的聚合物復(fù)合材料是高性能TIM的可行候選材料。其中氮化硼(BN)填料因其優(yōu)異的各向異性熱輸運(yùn)、介電性能、熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度而受到廣泛關(guān)注。先進(jìn)的BN/聚合物復(fù)合材料主要旨在通過相互接觸、連續(xù)相、規(guī)則取向或單向組裝來獲得更高的導(dǎo)熱性。然而，這些方法不僅涉及復(fù)雜的工藝，而且對粗糙表面的順應(yīng)性仍未得到解決。
迄今為止，人們已經(jīng)探索了多種策略，包括構(gòu)建夾層結(jié)構(gòu)，降低模量，設(shè)計(jì)微/納米流體，以及使用熱塑性基質(zhì)，以賦予TIM具有適應(yīng)性界面。由于熱塑性材料的彈性變形，在熱塑性復(fù)合材料中，通過葉片涂布、靜電紡絲、熱壓、拉伸等方法可以很容易地獲得填料的界面柔度和取向。然而，熱塑性塑料相對較低的力學(xué)性能和較高的熱應(yīng)力不利于其長期使用。最近，熱固性樹脂具有低介電常數(shù)和優(yōu)異的熱性能和力學(xué)性能，被認(rèn)為是TIM的理想基材，但其不溶性和不溶性使其難以符合TIM的粗糙表面，難以回收利用。
02
成果掠影
近期，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所的代金月老師針對開發(fā)高導(dǎo)熱以及具有可回收性的TIM取得新進(jìn)展。
展開 
一種具有低表面張力和優(yōu)異熱導(dǎo)率的液態(tài)金屬熱界面材料
02
成果掠影
近期，天津理工大學(xué)趙云峰教授、蘇州泰吉諾新材料有限公司李兆強(qiáng)聯(lián)合河北工業(yè)大學(xué)鄧齊波教授在制備具有低表面張力和優(yōu)異熱導(dǎo)率的LM取得新進(jìn)展。高表面張力使得LM和填料難以很好地混合以制備用于熱界面應(yīng)用的復(fù)合漿料。該團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)摻雜鎢(W)納米粒子可以使LM在氮化硼(BN)丸表面的接觸角從133°降低到105°，表明摻雜W納米粒子可以降低LM的表面張力。LM、W和BN的加入順序會影響復(fù)合材料的最終形態(tài)，而W納米粒子必須先與LM (LM+W)混合才能得到復(fù)合漿料(LM +W-BN)。相比之下，其他添加序列或不添加W納米顆粒只能得到復(fù)合粉末。LM +W-BN的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)14.49 W/(mK)，并對LM +W-BN材料在壓力、高溫、熱沖擊和高濕條件下的穩(wěn)定性進(jìn)行了詳細(xì)研究，樣品具有良好的綜合性能。通過在發(fā)光二極管(LED)模塊中的應(yīng)用，LM +W-BN漿料顯示出作為熱界面材料(TIM)的優(yōu)異熱管理能力。這種方法也被擴(kuò)展到其他導(dǎo)熱填料，包括碳纖維和石墨烯。這項(xiàng)工作提供了一種簡單的方法來降低LM表面張力，也可能使其他填料的結(jié)合，擴(kuò)大LM的使用，如集成電路和柔性電子產(chǎn)品。研究成果以“Enhanced thermal conductivity of liquid metal composite with lower surface tension as thermal interface materials”為題發(fā)表于《jmr&t Journal of Materials Research and Technology》。
展開 熱界面材料（TIM）近期熱文速覽
鏈接：doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.120807
總結(jié)：該文使用垂直排列的短切碳纖維(VASCFs)用于開發(fā)具有高導(dǎo)熱性的相變熱界面材料PCTIMs，VASCFs/PA/SR材料的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)7.00 W/(m·K)，遠(yuǎn)高于之前報(bào)道的PCTIMs。
Abstract: Phase change thermal interface materials (PCTIMs) are receiving increasing attention but suffer from low thermal conductivity and are challenging to improve significantly. Here, vertically aligned short-cut carbon fibers (VASCFs) were employed for the first time to develop PCTIMs with high thermal conductivity. The most effective thermal conductivity enhancement was achieved by VASCFs, which were attributed to providing complete heat transfer paths, further verified by the finite element simulation.
展開 氮化硼納米片增強(qiáng)聚乙烯熱界面材料
熱界面材料(TIMs)是有效轉(zhuǎn)移或去除電子器件廢熱以避免器件因工作在過熱條件下而發(fā)生故障的重要和不可或缺的材料。然而，為了填充散熱器與TIM接觸面之間的細(xì)小氣隙，需要在高壓下進(jìn)行壓縮過程，這可能會破壞電子電路的組件，無法完全填充大的氣隙。
熱熔膠(HMA)由于其能夠與大多數(shù)材料快速而牢固地結(jié)合，并且與其他TIMs相比易于操作，近年來作為解決上述問題的材料而引起了人們的關(guān)注。此外，在融化過程中，HMA具有高流動特性，可以充分填充散熱片接觸面存在的氣隙，提高傳熱效率，這是一個(gè)優(yōu)勢，可以大大提高器件的性能和耐用性。
低密度聚乙烯(LDPE)因其優(yōu)異的絕緣性能、較高的機(jī)械強(qiáng)度和良好的循環(huán)利用性能，是目前極具吸引力的HMA型TIMs聚合物基體之一。然而，盡管其具有優(yōu)良的機(jī)械和化學(xué)性能，以及方便的操作過程，但其低的通平面導(dǎo)熱系數(shù)和較差的形狀穩(wěn)定性阻礙了其作為TIM的實(shí)際應(yīng)用可能性。
因此，許多研究開發(fā)了LDPE與六方氮化硼納米片(BNNS)相結(jié)合的高導(dǎo)熱復(fù)合材料，以在熔體粘附過程中實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱和形狀穩(wěn)定。然而，較強(qiáng)的化學(xué)鍵和強(qiáng)的范德華力會導(dǎo)致BNNS與LDPE的相容性較低，從而導(dǎo)致BNNS與LDPE界面處的相分離和重新聚集。因此，由于這些問題引起的熱阻增加，這可能會大大降低制備好的BNNS/LDPE復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。如何解決BNNS與LDPE界面熱阻的問題是合成TIMs材料的關(guān)鍵問題。
02
成果掠影
韓國的Joong Hee Lee教授 和Ok-Kyung Park教授聯(lián)合在關(guān)于BNNS/LDPE聚合物復(fù)合材料的界面熱阻問題方向取得新進(jìn)展。
展開 一種定向排列的三維氮化硼聚合物復(fù)合熱界面材料
02
成果掠影
近期，中國石油大學(xué)李永峰老師和中航工業(yè)制造技術(shù)研究所王曉白老師再開發(fā)優(yōu)異導(dǎo)熱性的熱界面材料方向取得新進(jìn)展。本文提出了一種簡便經(jīng)濟(jì)的冰模板方法，通過單寧酸修飾的BN (BN- TA)直接自組裝形成垂直排列的納米支架，無需額外的粘合劑和后處理。研究了BN漿濃度和BN/TA比對三維骨架形貌的影響。真空浸漬法制備的聚二甲基硅氧烷(PDMS)復(fù)合材料在填充率為18.7 vol%的情況下獲得了3.8 W/mK的高面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)，分別比原始PDMS和隨機(jī)分布BN-TA的PDMS復(fù)合材料高2433%和100%。有限元分析結(jié)果從理論上證明了高度縱向有序的BN-TA三維骨架在軸向傳熱中的優(yōu)越性。此外，3D BN-TA/PDMS具有優(yōu)異的實(shí)用散熱能力，較低的熱膨脹系數(shù)和增強(qiáng)的機(jī)械性能。該策略為開發(fā)高性能熱界面材料以解決現(xiàn)代電子產(chǎn)品的熱挑戰(zhàn)提供了一個(gè)優(yōu)異的解決方案。研究成果以“A binder-free ice template method for vertically aligned 3D boron nitride polymer composites towards thermal management”為題發(fā)表于《Journal of Colloid And Interface Science》。
03
圖文導(dǎo)讀
圖1.(a)3D BN-TA/PDMS制備示意圖，(b) 3D BN-TA/PDMS制備過程的圖片。
展開 一種基于高度垂直取向的熱界面材料
對于碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，通過芯片底部的熱流密度已經(jīng)從100-250 W/cm2急劇增加到1 kW/cm2。為了提高器件的性能和壽命，迫切需要具有高通平面導(dǎo)熱系數(shù)、柔軟度和電絕緣性的熱界面材料(TIMs)將產(chǎn)生的熱量高效地傳遞到散熱器。
目前，絕緣TIMs是通過隨機(jī)混合導(dǎo)熱和絕緣填料(如氧化鋁、氮化硼和氮化鋁)和聚合物(通常為有機(jī)硅)來獲得的，這導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)低于8 W/mK。更嚴(yán)重的是，過高的填充物含量會降低材料的柔軟性和回彈性，在實(shí)際應(yīng)用中會阻礙芯片與散熱器之間的熱傳導(dǎo)。在相對較低填料含量的情況下，提出了一種高通平面導(dǎo)熱系數(shù)的策略是調(diào)節(jié)填料的垂直方向。
六方氮化硼(BN)由于其高導(dǎo)熱系數(shù)(面內(nèi)TC ~400 W/mK與金屬一樣高，面外TC ~30 W/mK)、優(yōu)異的電絕緣性能和高質(zhì)量的量產(chǎn)性而成為一種很有前途的導(dǎo)熱填料。利用氮化硼薄片在聚合物中獲得高度垂直定向的氮化硼結(jié)構(gòu)的方法有多種，如電場、磁場、膨脹流輔助方法、3D打印法、疊切法、凍鑄法。然而，BN片的垂直取向度較差，限制了BN-聚合物復(fù)合材料的面外導(dǎo)熱系數(shù)。
為了實(shí)現(xiàn)高度的定向，在制造過程中需要很大的外力來克服BN片的躍遷能壘，但BN片與聚合物分子摩擦產(chǎn)生的高粘度限制了其沿外力方向的旋轉(zhuǎn)和定向。因此，大多數(shù)研究采用大尺寸BN，加大外力，多外力協(xié)同作用來優(yōu)化垂直方向。然而，由于目前還沒有關(guān)于BN膜填充聚合物復(fù)合材料的系統(tǒng)工作，因此對其通面熱導(dǎo)率仍然是未知的。
02
成果掠影
近期，北京大學(xué)白樹林老師針對解決現(xiàn)代電氣器件散熱用的具有高面外導(dǎo)熱系數(shù)，優(yōu)異的柔軟性和電絕緣性對的TIMs取得最新進(jìn)展。
展開 一種用于芯片散熱的復(fù)合相變熱界面材料
來源 | Applied Thermal Engineering
01
背景介紹
隨著電子器件小型化、集成化、高功率化的快速發(fā)展，散熱問題已成為微電子技術(shù)的主要瓶頸之一。需要注意的是，熱界面材料(TIMs)被廣泛用于填補(bǔ)電子元件與散熱器接觸界面處的氣隙，因此在電子元件的散熱中起著至關(guān)重要的作用。電子技術(shù)的進(jìn)步需要開發(fā)高性能的TIM。增強(qiáng)導(dǎo)熱系數(shù)是提高TIMs散熱性能的一種非常有效的方法，這可以通過添加導(dǎo)熱填料來實(shí)現(xiàn)。對于粘結(jié)厚度（BLT）和接觸熱阻（TCR），它們與硬度密切相關(guān)。有報(bào)道稱，采用固-液相變材料(PCMs)作為TIMs，即相變TIMs (PCTIMs)，其在吸收電子元件產(chǎn)生的熱量后由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，硬度顯著降低，從而降低熱阻。此外，PCTIMs在吸熱前為固態(tài)，具有易于安裝的優(yōu)點(diǎn)。然而，目前的PCTIMs通常存在兩個(gè)缺點(diǎn)，液體PCM泄漏和導(dǎo)熱系數(shù)低。因此，開發(fā)高導(dǎo)熱、形狀穩(wěn)定的PCTIMs對于實(shí)現(xiàn)高效散熱具有重要意義。
02
成果掠影
相變熱界面材料(PCTIMs)受到越來越多的關(guān)注，但其導(dǎo)熱系數(shù)低，難以顯著改進(jìn)。近期，華南理工大學(xué)傳熱強(qiáng)化與過程節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室方曉明研究員取得新成果。該團(tuán)隊(duì)使用垂直排列的短切碳纖維(VASCFs)用于開發(fā)具有高導(dǎo)熱性的PCTIMs，這是首次采用該方法開發(fā)PCTIMs。由于提供了完整的傳熱路徑，VASCFs獲得了最有效的導(dǎo)熱增強(qiáng)效果，這一點(diǎn)在有限元模擬中得到了進(jìn)一步驗(yàn)證。因此，將VASCFs摻入硅橡膠(SR)和石蠟(PA)的材料中，以制造形狀穩(wěn)定的相變材料。
展開 一種具有低鍵合厚度和熱阻的熱界面材料
假設(shè)兩個(gè)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(gè)大于38.0 mm2 K/W的巨大熱阻抗，與15.2 mm厚的銅板相當(dāng)。這種由不可忽略的界面氣隙產(chǎn)生的熱障，一直阻礙著電子器件散熱過程。為了促進(jìn)有效的界面熱傳遞，開發(fā)了熱界面材料(TIM)來填充氣隙并連接兩個(gè)物體。在過去的二十年里，人們對高導(dǎo)熱系數(shù)材料的發(fā)展給予了相當(dāng)大的關(guān)注，并對高導(dǎo)熱TIMs進(jìn)行了許多嘗試。從先前報(bào)道的TIMs來看，操縱各向異性k并使其在厚度方向上表現(xiàn)出色并不是一件非常困難的事情。
02
成果掠影
近期，四川大學(xué)吳凱團(tuán)隊(duì)針對開發(fā)具有優(yōu)異性能的熱界面材料取得最新進(jìn)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(qū)按需定位鎵基液態(tài)金屬LM，成功制備了一種高觸變、導(dǎo)熱和電絕緣的PDMS/LM-Al2O3/ZnO復(fù)合材料。這種復(fù)合材料在潤滑脂狀態(tài)下表現(xiàn)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Reff。這種BLT和超低Reff的優(yōu)勢歸功于界面LM的獨(dú)特功能，即釋放與剛性Al2O3相鄰的PDMS鏈的遷移性，并充當(dāng)Al2O3和其他填料之間的潤滑劑，以促進(jìn)它們在邊界BLT下的運(yùn)動。在這項(xiàng)工作中，使用功能液體進(jìn)行填料表面改性的幸運(yùn)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(xué)家和工程師開發(fā)更多新概念和高性能的TIMs，用于不同的熱管理應(yīng)用。
展開 
倒計(jì)時(shí)5天，第四屆熱管理材料與技術(shù)大會/2023國際熱管理材料技術(shù)博覽會 歡迎您
30+主題活動
130+報(bào)告分享
300+產(chǎn)業(yè)企業(yè)
2000+行業(yè)同仁
3000+專業(yè)觀眾
2023第四屆熱管理材料與技術(shù)大會（iTherMConf 2023）和
2023
國際熱管理材料技術(shù)博覽會（iTherMEXPO 2023）將于11月15-17日在深圳國際會展中心
3/5號館同期舉辦。活動工作正在緊鑼密鼓、有條不紊地籌辦和推進(jìn)中，現(xiàn)將本屆活動信息綜合如下，敬請關(guān)注。
一種具有高導(dǎo)熱性的CVGNPs/PVA熱界面材料
散熱的主要挑戰(zhàn)之一是由表面粗糙度引起的電子器件和散熱器配合表面的微觀間隙所引起的界面熱阻。這可能導(dǎo)致性能惡化，甚至降低設(shè)備的使用壽命。
為了填補(bǔ)微觀間隙并減少界面熱阻，通常在電子器件和散熱器之間放置熱界面材料(TIMs)。值得注意的是，界面熱阻主要來源于兩個(gè)因素:TIMs的熱阻和接觸熱阻，前者由TIMs的厚度和導(dǎo)熱率決定，后者部分取決于TIMs的柔韌性。不幸的是，高導(dǎo)熱性和高柔韌性之間的相互制約限制了TIMs的發(fā)展。為了獲得具有高導(dǎo)熱性的柔性材料，將金屬、陶瓷、碳基材料等本質(zhì)上具有高導(dǎo)熱性的填料與聚合物結(jié)合。
碳基材料，如石墨烯、碳納米管、金剛石和碳纖維是最有希望的候選材料。由于石墨烯具有極高的面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)(~5300 W/mK)，填充石墨烯可以增強(qiáng)高分子材料的導(dǎo)熱性。然而，由于石墨烯在聚合物材料中的分散和排列不良，往往無法取得優(yōu)異的結(jié)果。研究表明，石墨烯形成的三維網(wǎng)絡(luò)，如石墨烯泡沫、垂直石墨烯和石墨烯氣凝膠，可以提高材料的通平面導(dǎo)熱性。
改善材料通平面導(dǎo)熱性的方法是構(gòu)建沿通平面方向排列填料。例如，通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)制備的垂直石墨烯陣列已被證明具有優(yōu)異的通平面導(dǎo)熱性，而通過靜電植束方法將碳纖維填料垂直排列可提高所得復(fù)合材料的通平面導(dǎo)熱性。此外，還深入研究了力場、磁場和定向凍結(jié)來排列填料，從而大大提高了復(fù)合材料的熱性能。
02
成果掠影
近期，廈門大學(xué)張學(xué)驁教授團(tuán)隊(duì)針對開發(fā)具有定向排列的的熱界面材料取得最新進(jìn)展。基于該團(tuán)隊(duì)之前對垂直碳纖維組成的TIMs的研究，本文利用石墨烯納米片(GNPs)取代了這些纖維，因?yàn)樗鼈兙哂懈邔?dǎo)熱性和片層結(jié)構(gòu)。這有助于增加相鄰GNPs之間的接觸面積，提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性。
展開 研究 \\ 一種具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能的石墨烯基熱界面材料
目前，柔性熱界面材料(TIMs)作為TIM被用在芯片散熱的應(yīng)用中。在實(shí)際應(yīng)用中，熱導(dǎo)率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是TIMs的兩個(gè)重要參數(shù)。優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是保證高導(dǎo)熱TIMs在復(fù)雜體系中長期運(yùn)行的前提。傳統(tǒng)的TIMs大多采用硅酮基體和導(dǎo)熱填料的復(fù)合材料，但這種基體存在固有的工作溫度范圍窄(<150 ℃)、機(jī)械回彈性差等問題限制了材料應(yīng)用。利用純碳基TIMs是一種新興的方法，可以提高導(dǎo)熱性，并在大范圍的工作溫度下實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。然而，絕大多數(shù)碳基TIMs在變形時(shí)的可恢復(fù)性較差，甚至不具有變形性，這極大地限制了其實(shí)際應(yīng)用。
02
成果掠影
近期，浙江大學(xué)高超教授、徐震教授和劉英軍教授以及龐凱博士后共同在高導(dǎo)熱TIM材料的制備取得新的成果。該團(tuán)隊(duì)采用水塑性泡沫(HPF)和界面強(qiáng)化方法制備了碳基石墨烯泡沫材料(GFR)作為柔性TIM。氧化石墨烯(GO)的浸漬增強(qiáng)了GFR內(nèi)部的界面鍵合，使其具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)完整性。它可以在60%的壓縮應(yīng)變下保持10,000次循環(huán)后的機(jī)械穩(wěn)定性，并能夠維持高達(dá)500°C的高溫，這在以前的報(bào)道中從未實(shí)現(xiàn)過。該團(tuán)隊(duì)證明了GFR-TIM不僅具有很高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而且具有比大多數(shù)商用TIMs (5-10 W/mK)更高的導(dǎo)熱系數(shù)(~17.42 W/mK)。GFR-TIM可以作為CPU的高效散熱組件，與商用TIM相比，其散熱效率更高。該項(xiàng)工作提供了一種先進(jìn)的石墨烯基TIM，具有優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性和抗疲勞性能，擴(kuò)大了其在極端環(huán)境中的應(yīng)用，如高超聲速飛行器、高通量衛(wèi)星和大功率雷達(dá)系統(tǒng)。
展開 通過靜電植絨輔助定向氮化硼片提高熱界面材料的導(dǎo)熱性
來源 | Ceramics International
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背景介紹
隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品逐漸向小型化、集成化、大功率化的方向發(fā)展，高導(dǎo)熱的柔性熱界面材料受到了人們的廣泛關(guān)注。但是，由于熱源和散熱器之間的間隙被空氣占據(jù)，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)非常低，導(dǎo)致熱量不能及時(shí)散出。因此需要使用熱界面材料(TIM)填充微間隙，TIMs基于聚合物樹脂，通過引入導(dǎo)熱料優(yōu)化導(dǎo)熱系數(shù)。
六方氮化硼(h-BN)它具有層狀結(jié)構(gòu)，在平面方向上具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)(600 W/m K)，而在垂直方向上具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)(30 W/mK)。此外，它還具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。這種穩(wěn)定性使得BN很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。一些研究者為了增強(qiáng)了聚合物基體與填料之間的界面傳熱，改善了聚合物復(fù)合材料的填料分散性，降低了界面聲子損失。然而，這些對BN的表面修飾需要大量的化學(xué)物質(zhì)，這促使研究人員通過改變BN的結(jié)構(gòu)的方法來提高導(dǎo)熱性。
近年來，靜電植絨技術(shù)被應(yīng)用于制備熱界面材料，在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的策略，通過靜電植絨方法使BN納米片在柔性環(huán)氧基中有序排列，搭建傳熱通道。與機(jī)械混合法制備的隨機(jī)分布的氮化硼填充復(fù)合材料相比，垂直取向的氮化硼填充復(fù)合材料可以增強(qiáng)材料的導(dǎo)熱性能。
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成果掠影
近期，中山大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院陳振興教授團(tuán)隊(duì)通過靜電植絨的方法改善氮化硼納米片的排列結(jié)構(gòu)從而優(yōu)化材料的導(dǎo)熱性能取得新進(jìn)展。靜電植絨組裝策略在幾個(gè)連續(xù)的層中構(gòu)建了整齊排列的BN結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，從而提高了復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)。研究了不同h-BN用量對BN/環(huán)氧復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響。
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