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關注創建者:匿名 創建時間:2026-01-04

高導熱墊片的實例教程
來源 | Nano-Micro Letters
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背景介紹
為實現我國2030年二氧化碳排放達峰和2060年碳中和的目標,包括電動汽車和混合瀝青基碳纖維具有優異的軸向導熱性能,如何使其軸向方向沿所需傳熱方向取向排布是制備滿足電子設備高效散熱需求的高導熱墊片的關鍵。雖然已有大量研究報道了各種方法來制備纖維取向的導熱復合材料,但是這些方法大多需要特殊的設備或者裁切后處理。本文提出了一種簡單、高效的俄羅斯方塊式堆砌工藝來取向碳纖維,經碳化處理后制備了三種不同取向方向的碳纖維定向骨架。浸漬硅橡膠后,所得制得的復合材料在纖維排列方向上展現出了優異的導熱性能,導熱系數最高達到45.01 Wm-1K-1。此外,基于碳纖維導熱性能的高各向異性,通過多次堆砌將不同取向方向的碳纖維進行組合,制備了魚骨狀的碳纖維骨架,實現了對傳熱路徑的調控。
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成果掠影
近期,四川大學吳宏教授和郭少云教授團隊利用碳纖維各向異性的抗磁性,以一種簡單、高效的俄羅斯方塊式堆砌工藝和碳化處理制備了三種的碳纖維定向骨架。該團隊通過調控碳纖維含量、磁場方向和初始堆砌密度,骨架的厚度(0.5-1 mm)和取向方向(水平、對角和垂直)均可調控。由于定向排布的碳纖維形成了高效的聲子傳輸通路,浸漬硅橡膠后所制得的復合材料在纖維排列方向上展現出了優異的導熱性能,導熱系數最高達到45W m?1K?1。此外,基于碳纖維導熱性能的高各向異性,通過多次堆砌將不同取向方向的碳纖維進行組合,制備了魚骨狀的碳纖維骨架,實現了對傳熱路徑的調控。這種厚度和方向可調、可浸漬任何基體的碳纖維骨架制備工藝為高導熱墊片的制備提供了新的思路。
展開 圖片來源詳見論文(A部分:Chemical Engineering Journal, 2020, 383, 123072(高被引論文); B部分: ACS Sustainable Chemistry &Engineering, 2020, 8, 4427; C部分:Journal of Materials Chemistry A, 2020, 8, 14506.)
為了提高聚合物導熱性能,謝蘭教授團隊前期利用強剪切流動場與層層自組裝技術,從多維填料協同、多元異質結構設計(圖1B/C)及填料多尺度構建(圖1C)等方面搭建有序層狀網絡結構,研究了生物質基復合材料“結構-界面熱阻-導熱性能”的關系(圖1),最終實現生物質基復合材料的強韌性及其高導熱性能。
圖2. 高導熱的NFC/Fe3O4&CNT/PEO薄膜的電磁屏蔽效果展示及其機理示意圖。
基于前期研究工作,謝蘭教授團隊進一步采用“交替多層”設計思路構建了包含納米纖維素/四氧化三鐵(NFC/Fe3O4)層和碳納米管/聚環氧乙烷(CNT/PEO)層的交替多層薄膜。其復合膜展現了優異的電導率、導熱系數以及出色的電磁屏蔽效能(EMI SE)。NFC/Fe3O4&CNT/PEO柔性薄膜同時具有出色的EMI SE和導熱系數,在通信行業,便攜式電子設備和機器人關節中具有潛在的應用前景。
圖3.復合材料的導熱與電磁屏蔽性能。
本研究成果第一作者為貴州大學材料與冶金學院2018級碩士研究生李毅,通訊作者是薛白博士和謝蘭教授。
展開 來源 | Nano-Micro Letters
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背景介紹
高導熱、高強度的柔性導熱復合材料已經成為解決高功率密度柔性電子器件散熱問題的關鍵材料。石墨烯基導熱復合材料因石墨烯本征熱導率高和獨特的二維結構,賦予其較好的導熱性能。然而復合材料中石墨烯納米片在干燥時會收縮引入褶皺,大大降低了復合材料導熱性能和力學性能的進一步提高。本文基于面內拉伸策略和溶膠-凝膠-薄膜轉換法制備了消除石墨烯納米片褶皺的復合膜,提高了了石墨烯納米片沿面內方向的取向度,并進一步增強了石墨烯納米片與基體之間的界面相互作用。制備的復合膜具有高熱導率(146 W/mK)、高拉伸強度(207 MPa)和高熱穩定性的優點,使其能夠作為熱管理材料有效冷卻柔性電子設備。石墨烯基導熱復合材料可作為高效熱管理材料用于冷卻高功率電子器件。然而,將柔性石墨烯納米片組裝成宏觀導熱復合材料時,在基于溶液的自發干燥過程中,毛細管力誘導石墨烯納米片向內收縮形成褶皺,從而大大降低了復合材料的熱導率。
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成果掠影
近日,南京大學姚亞剛團隊針對高功率器件的散熱所使用的導熱復合材料取得最新進展。通過對具有氫鍵和π-π相互作用的石墨烯納米片/芳綸納米纖維(GNS/ANF)復合水凝膠網絡進行平面內拉伸,抑制了石墨烯納米片在干燥過程中由于毛細作用力導致的向內收縮,消除了石墨烯納米片的褶皺并使之在平面內高度取向排列,從而產生了快速的面內熱傳遞通道。消除了石墨烯納米片褶皺的復合膜(GNS/ANF-60 wt%)具有高熱導率(146 W/mK)和高拉伸強度(207 MPa),這些優異性能的結合使GNS/ANF復合膜能夠有效地用于冷卻柔性LED芯片和智能手機,在柔性電子設備的熱管理中顯示出廣闊的應用前景。
展開 圖7 測試的溫升擬合曲線
表3 不同三層模型擬合液體熱擴散系數結果
實驗結果表明:
1) 液體的熱擴散系數測試結果標準偏差為4.3%,而激光閃射儀測量擬合誤差為±5%,在誤差范圍內,說明利用激光閃射法測試液體的導熱系數結果是可取的。
2) 選用三層的擬合模型需要考慮正面和背面的熱損失,采用“三層+脈沖修正”模型擬合熱擴散系數的不確定度低,質量越高,水平越高,其結果可信度比三層絕熱模型擬合的高。此外,通過R2擬合結果說明其計算范圍越寬,擬合模型對于測量總體變差的解釋程度就越高。因此,需要在測試液體熱擴散系數時選用“三層+脈沖修正”模型。
案例分析
從測試結果和擬合數據可以看出,儀器本身自帶的樣品框和測試結果分析軟件可以滿足對液體導熱系數測試的需求,保證了測試結果的穩定性,而且激光閃射導熱儀的測試溫域寬、周期短等特點可有效地提高測試效率。
經驗與建議
對于激光閃射法導熱系數的測試,需要充分利用儀器測試材料適應性廣的特點,從自帶軟件中選用合適的計算模型,進行測試方法開發來滿足業務需求。
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展開 理想的TIMs應具有高導熱性、優異的電絕緣性、柔韌性和輕量化,并適應柔性電子等新興技術。
六方氮化硼(hBN)是石墨烯類似物,具有良好的力學性能、優異的化學穩定性和熱穩定性,以及超高的導熱系數(200-600 W/mK),因此在聚合物基復合材料研究領域備受關注。研究結果表明,由于原hBN的聚集性和相容性較差,界面聲子振動失配,導熱途徑不有效,因此hBN基復合材料的導熱系數通常較低,不能滿足高導熱界面材料的要求。
由于具有較大的比表面積和豐富的邊基,氮化硼納米片BNNS在聚合物基質中的分散性和相容性方面往往比未剝離的hBN具有前所未有的優勢。然而,剝離后的BNNS橫向尺寸僅為100 nm,厚度達到10 nm。因此,制備厚度均勻、產率高的高質量BNNS對于制備具有高導熱性能的柔性復合膜具有重要意義。
近年來,高性能PI納米纖維薄膜在導熱領域得到了廣泛的研究。以及利用氧化石墨烯/膨脹石墨復合制備了具有高導熱性的多層電磁干擾屏蔽柔性薄膜。根據其他研究結果表明,通過在BNNS之間建立橋梁來提高復合材料的導熱性仍然是一個挑戰。
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成果掠影
近期,天津工業大學的范杰教授聯合中原工學院的何建新教授在制備柔性高導熱納米復合材料取得新進展。采用水熱法和球磨法對NaOH-LiCl水溶液進行分離,得到了大尺寸(1 ~ 1.5 μm)、超低厚度(2 nm)、高收率(80%)的BNNS。提出了一種簡單的電紡絲-電噴涂技術,用于制備具有雙組分納米片填充納米纖維三維橋接結構的高導熱絕緣納米復合膜。通過闡明雙組分多通道三維網絡的導熱機理,優化納米片納米纖維膜的堆疊結構,與PI/50BNNS相比,PI/50BNNS@2.5rGO納米纖維復合膜的力學性能提高了168%。
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超高速高頻電子器件的持續小型化和集成化給高效熱管理帶來了重大挑戰,因為它不可避免地會增加溫度并降低可靠性。這些挑戰在復雜的操作條件下尤為明顯,例如軍事、航天器、超級計算機和其他復雜場景。在這些極端應用場景中,對熱管理材料提出了新的要求。液氮的低溫低至77 K,是一種多用途的冷源,用于核電站和航空航天
來源 | Nano-Micro Letters
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來源 | Nano-Micro Letters
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來源 | ACS Nano
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熱的產生影響了幾乎所有現代電子設備的性能和壽命。在高密度集成電路和電源或射頻(RF)電子器件中尤其如此,在這些器件中,高溫會降低晶體管的性能,增加漏電,最終縮短器件的使用壽命。溫度高于最佳工作范圍僅5°C就會使某些設備的使用壽命減半。
熱管理可以通過主動調節熱流和管理熱瞬變來實現,例如使用新興的熱晶體管和二極管
來源 | Composites Part B
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隨著電子產品逐漸向輕量化和多功能化的方向發展,要求更高的集成度導致設備功率密度的增加。因此電子產品在工作中會產生過多熱量大大降低了相應設備的性能和壽命,所以散熱成為制約電子器件進一步發展的瓶頸。散熱的主要挑戰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
來源 | 納米-微米字母
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隨著高功率、小型化、節能技術的發展,隨之而來的傳熱和熱積累問題導致了對先進有效的熱管理材料的需求。大多數金屬具有良好的導熱系數(TC),因此成為新一代材料的有利候選材料。盡管如此,它們還是非常容易受到腐蝕和腐蝕環境的影響,導致金屬結構和性能的嚴重惡化問題
來源 | Nano-Micro Letters
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背景介紹
具有層狀結構的碳纖維復合材料以其特殊的各向異性、高強度在工程相關領域受到了廣泛關注。特別是在散熱方面,層狀結構促進了聲子沿徑向的良好運輸,使熱在平面內快速傳播。與其他熱導體相比,這種獨特的結構特征在水平散熱方面具有壓倒性的優勢,使其非常適合小型化
這種厚度和方向可調、可浸漬任何基體的碳纖維骨架制備工藝為高導熱墊片的制備提供了新的思路。
具有高焓值的有機相變材料(PCM)是理想的儲熱和放熱材料,有望促進熱能利用,緩解能源短缺問題。然而,普通有機相變材料固有的吸光性差、導熱性差、形狀穩定性弱等缺點嚴重制約了太陽能的吸收、轉化和利用。近日,北京化工大學李曉鋒教授、于中振教授團隊通過在 2800 °C 下進行單向冷凍、凍干、碳化和石墨化,首次設計出了由預氧化聚丙烯腈(OPAN)/氧化石墨烯(GO
來源 | ACS Applied Materials Interfaces
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隨著現代智能電子和通信技術的迅猛發展,開發具有高功率密度和小型化的新型電子器件成為人們研究的熱點。聚合物基復合材料具有易于加工、良好的電絕緣性和良好的化學穩定性,是新型設備中應用最多的材料。然而,聚合物基復合材料的低導熱性和高溫穩定性差限制了其應用范圍為了獲得更高的散熱能力