智能導熱材料的案例
封偉教授編著的《智能導熱材料的設計及應用》由清華大學出版社出版發行
來源 | FOCC-TJU公眾號
FOCC團隊封偉教授編著的《智能導熱材料的設計及應用》由清華大學出版社出版發行。該著作入選“十四五”國家重點出版物出版規劃項目，受到國家科學技術學術著作出版基金資助，同時也列入先進芯片材料與后摩爾芯片技術叢書。
《智能導熱材料的設計及應用》以面向新型熱管理應用的智能導熱材料為目標,根據當今智能導熱材料的發展現狀,從材料的概念、傳熱原理、結構設計及應用等角度展開介紹。該書共有7章,分別為導熱概述(概念、導熱機理、影響因素及分類),智能導熱材料概述,智能化性能設計,智能導熱材料設計,智能導熱材料應用,智能導熱材料在先進芯片中的應用,結論與展望。該書可作為相關專業本科生和研究生的教材。希望通過該書可以激發廣大讀者及相關領域研究人員對智能導熱材料的興趣,并為從事相關研究的工程技術人員提供參考。
智能導熱材料為導熱材料的一個重要分支。它是一種以熱量快速疏導為目的,通過智能熱控技術,利用其熱導率可智能調控的特點實現對被控對象與外界從隔熱到良好導熱的自主調控的新型功能材料,屬于材料、化學、物理等多學科交叉的一項基礎研究。智能導熱材料具有響應速度快、精確調節系統溫度和顯著降低資源消耗的特點,在民用電子、航空航天等領域有著廣闊的應用前景。同時,隨著近年來空間技術、人工智能、航空航天等領域的快速發展,對于溫度敏感、發熱量較大且環境溫度復雜的設備,如通信終端、蓄電池、芯片電子等,亟需發展能夠即時感知外界環境、自主熱流調節的新型智能導熱材料。然而,受熱導率低、回彈性差、附著力弱等綜合因素的影響,材料的智能感知調節能力相對較差,因此,材料暫時未能全面滿足多種復雜環境的應用需求。基于此,當今國內外學者對智能導熱材料的機理、控制、應用范圍開展了較多研究。
展開 一種用于電子器件智能熱管理的高導熱納米復合材料
來源 | Nano-Micro Letters
01
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、薄化和平面化器件。
盡管在增強面內導熱系數以及柔韌性和延展性方面取得了許多突破，但幾乎所有的導熱人造珍珠石都缺乏足夠的粘附性。因此，它們依靠銀漿或環氧膠粘劑作為熱界面材料(TIMs)來連接設備進行冷卻，而不是自粘，這不可避免地導致界面不匹配和長使用壽命下的膠水脫落的問題。
此外，大多數復合材料具有高強度，但缺乏拉伸性和彈性，將本質上堅韌的珠層和高粘彈性結合在一種材料中似乎是矛盾的，這在自然界中并不存在。然而，這也為新型的類似珍珠的復合材料設計提供了一個機會，以繞過通常的“硬/軟”權衡，使其成為此類應用的有吸引力的選擇。
先進的散熱材料除了具有高導熱性、重量輕、可變形等傳統特性外，還具有自愈能力、熱響應性和溫度傳感能力等多種功能。然而，將這些屬性結合成一種類似珍珠的復合材料是一項艱巨的任務。然而，在不影響復合材料其他功能的情況下提高導熱性仍然是一個挑戰。
02
成果掠影
近期，迪肯大學前沿材料研究所類偉巍教授、新加坡高性能計算研究所張剛教授、四川大學高分子材料工程國家重點實驗室趙長生教授、迪肯大學前沿材料研究所Liu Dan和陜西科技大學教授安盟在針對具有一定柔性、彈性和粘性用于電子產品散熱的導熱材料取得新進展。
展開 “數據中心智能硬件熱管理”主題沙龍活動成功舉辦| 2024熱管理材料技術展 | 導熱散熱展 |液冷展 | 熱管理展
6月3日下午，由[DT新材料]聯合[廣東灣區智能終端工業設計研究院有限公司（以下簡稱研究院）]共同組織的iTherMTalks第6期線下主題沙龍——數據中心智能硬件熱管理——在研究院成功舉辦。20多位行業專家及企業代表齊聚一堂，就數據中心中服務器等智能硬件的新近發展趨勢和熱管理解決方案進行深入交流和探討。
本次沙龍活動伊始，研究院盧煥瑜部長對大家的到來表示了熱烈歡迎，并對研究院概況做了簡要介紹。
沙龍活動現場
報告環節，熱設計網聯合創始人陳繼良先生帶來《高功率電子產品的熱管理挑戰和應對思路》的主題報告分享；研究院采購負責人從企業切實發展，介紹了公司在服務器等智能硬件領域的熱管理解決方案需求；隨后，大家針對報告環節的疑問與需求進行了充分交流討論。
報告與交流討論
與會嘉賓參觀研究院展廳
沙龍活動合影留念
"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。
?
展開 ：具有金屬級導熱系數和可控導熱路徑的全有機聚合物塊狀材料
總而言之，到目前為止，開發導熱系數10 W/m K以上的復合材料仍是一個巨大的挑戰，而如何進一步調控熱量在這種高導熱復合材料內部的傳導路徑更是一件十分有趣、而又困難的事情。
圖2. PDMS/PEMF復合材料的導熱系數。
低維的高分子材料，特別是高度拉伸取向的纖維或薄膜，在特定方向具有非常優異的導熱能力，例如PE纖維的導熱系數可以高達100 W/m K，但如何將上述PE纖維的優點拓展到三維的聚合物塊體材料中目前還尚未有系統性的嘗試。針對上述所提到的幾個問題和挑戰，在本文中，他們利用PEMF長度方向高導熱的特點，通過模具加工、真空浸漬以及高壓水切割的方法可控定構了垂直方向高導熱的PDMS/PEMF絕緣復合材料。如圖2所示，由于PEMF可以在米級尺度上保持完整的連續狀態，不會在傳熱方向引入任何的PDMS-PEMF微觀界面，因此該復合材料的垂直導熱系數可以高達38.27 W/m K，其性能甚至可以比擬一些金屬材料，如不銹鋼等。此外，這種全有機的材料還具有優異的絕緣能力，極好的介電性能，以及輕質的特點，其絕緣導熱系數幾乎超過了目前所報道的所有三維塊體材料。
圖3. PDMS/PEMF復合材料的導熱系數。
展開 
主動變形智能復合材料設計與變形模擬報告
主動變形智能復合材料
設計與變形模擬報告
主動變形智能復合材料
設計與變形模擬報告 ￥19.89
在通電條件下，MFC發生電能-機械能轉換，驅動結構復合材料發生變形。主動變形智能復合材料的變形能力與MFC的性能、結構復合材料的厚度、鋪層方向等因素有關。復合材料的優勢是其結構包括鋪層的可設計性，因此，需進行鋪層設計及變形模擬方面的工作，為后續實驗研究提供理論指導。
二、研究內容
本項目以復合材料層合板+MFC復合后的材料為研究對象，以復合材料層合板的力學性能、MFC的基本性能為輸入，以復合材料層合板+MFC復合后的材料最大彎曲角度為2°為目標，進行鋪層設計和變形仿真模擬。建立厚度、鋪層方式與變形角度的關系，篩選出優化的鋪層和厚度，為下一步進行縮比典型試驗件的設計和研制提供理論指導。
展開 導熱吸波材料研究進展
來源 | 哈爾濱工程大學學報
作者 | 王孟奇，李維，崔正明，陳志宏，官建國
單位 | 武漢理工大學 材料復合新技術國家重點實驗室
摘要: 針對電子和通訊設備小型化、高度集成化帶來的散熱和電磁兼容困難問題，本文研究分析了導熱吸波材料的發展現狀，從單一的導熱功能材料和吸波功能材料的設計制備出發，歸納了導熱機理與吸波機理以及影響導熱和吸波性能的重要因素。在此基礎上介紹了一些典型的提高導熱吸波綜合性能的方法及其設計制備方法，在總結現有導熱吸波復合材料的發展現狀和問題的基礎上，考慮當前技術的不足，提出了未來導熱吸波材料的發展方向，包括制備高熱導率的聚合物基體材料、結構優化設計和增強導熱吸波復合材料綜合性能的研究。通過此研究，旨在為制備高性能導熱吸波材料提供參考，提升行業技術水平，開發出兼具高導熱和電磁波吸收功能的新型復合材料。
關鍵詞：導熱吸波材料；導熱機理；吸波機理；設計方法；制備方法；導熱性能；吸波性能；復合材料
人們對電子及通訊器件便攜、高性能、多功能和智能化的剛性需求，促使它們不斷向著小型化、集成化和高功率方向發展，從而導致系統內部產生大量的余熱以及嚴重的電磁干擾和電磁泄露問題。
這兩大問題嚴重限制了新設備的研發及用戶的使用體驗，已經成為各類設備廠商重點關注和投入的領域。
展開 德聚密封及導熱材料解決方案
03
報告分享
2023年9月24-26日，《2023導熱界面材料論壇》將在深圳國際會展中心希爾頓酒店舉辦，中興、霍尼韋爾、3M、德邦、德聚、今山和賽寶實驗室等企業，及西北工業大學、天津大學、中國科學院工程熱物理研究所、北京工業大學、北京化工大學、安徽大學、中國科學院固體物理研究所、中國科學院深圳先進技術研究院等研究單位，共15位學者專家將分享介紹熱界面材料領域近些年科學研究的最新成果和工程技術應用的重要進展，探討發展趨勢，促進交流合作。
德聚股份技術副總錢原貴先生，將帶來《德聚高導熱界面材料解決方案》的報告分享。報告將重點介紹德聚的測試方法和優秀的產品性能，分享德聚技術近年研發的導熱界面材料，詳述德聚導熱界面材料的產品種類（5大類，8種產品），以及德聚研發導熱界面材料的獨特技術和方法。
錢原貴，德聚股份技術副總
個人簡介
武漢理工大學工商管理碩士，機電一體化專業本科，工學學士。曾擔任荷蘭飛利浦照明電子(上海)有限公司高級工程師，德國西門子移動通信公司工藝及維修經理和漢高(中國)投資有限公司焊接材料資深技術服務經理，漢高導熱界面材料(貝格斯)全國技術服務經理，六西格瑪黑帶等職。在電子制造行業擁有25年以上工作經歷和膠黏劑行業20年以上應用工作經驗。熟悉電子制造業波峰焊和回流焊接工藝，并擁有豐富的實踐經驗。在漢高工作期間，曾支持底部填充膠、導熱界面材料和焊接材料等上億人民幣銷售額產品線，擁有豐富的膠黏劑應用經驗和失效分析經驗。
展開 寧波材料所在短切碳纖維增強聚合物材料導熱性能方面取得進展
短切碳纖維是由碳纖維長絲經纖維短切而成，相較于碳纖維長絲可以更均勻地分散在基體材料中。短切碳纖維不僅具有超高的機械強度、較低的密度及良好的熱穩定性，而且是一種性能優異的導熱材料，是提高聚合物材料導熱性能的理想導熱填料。但是，一維材料存在嚴重的導熱各向異性，如何充分控制短切碳纖維在聚合物基體材料中呈豎直取向，從而充分利用碳纖維的軸向高導熱性能得到具有優異縱向熱導率的復合材料是研究的關鍵。常用的方法是通過對短切碳纖維施加外電場，使碳纖維沿豎直方向取向。但是這種方法需要較強的電場強度且工藝較為復雜，另外復合材料厚度受限于纖維的長度，較難得到厚度適宜的導熱復合材料。
鳳凰供應環氧樹脂https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/48338.html
基于上述問題，中國科學院寧波材料技術與工程研究所表面事業部功能碳素材料團隊通過利用單軸溫度場下冰晶的定向引導作用，使得短切碳纖維沿豎直方向取向，得到了具有“微蘆葦叢”結構的碳纖維多孔泡沫，其制備流程和微觀結構如圖1所示。“微蘆葦叢”結構充分利用碳纖維的軸向高導熱增強聚合物材料的導熱性能。該方法制備的復合材料的熱導率高達6.04 Wm-1.K-1，并且得到的復合材料具有良好的柔順性，有望代替傳統的聚合物材料解決電子電氣設備的散熱問題。
相關工作已發表在化工領域的核心期刊（Chem. Eng. J., 2019, 375, 121921），并獲得國家自然科學基金（51573201和U1709205）、浙江省公益技術應用研究計劃（2016C31026）和3315創新團隊等項目資助。
展開 導熱材料選擇與計算
同樣的，殼體-散熱片/散熱片-環境的熱阻值分別定義如下：
Rcs = (ΔTcs)/Q = (Tc - Ts)/Q
Rsa = (ΔTsa)/Q = (Ts - Ta)/Q
其中，Rcs 表示了通過殼體到散熱片之間接觸面的熱阻，通常叫做接觸熱阻（這里似乎忽略了散熱片內部的熱阻），而通過減少接觸面的粗糙度或是使用適當的界面材料可以減少接觸熱阻。Rsa 則是散熱片到空氣的熱阻。
可以看出，從器件的晶結到環境的總熱阻是以上三個熱阻之和，如下：
Rja = Rjc + Rcs + Rsa = (Tj - Ta)/Q
所需散熱片的熱阻選擇散熱片的第一步就是決定所需散熱片的熱阻，以保證所冷卻器件工作在允許的溫度內。上面的熱阻求和的方程可以寫成下式的形式，從而得到所需的散熱片熱阻。
Rsa = ((Ts - Ta)/Q) - Rjc - Rcs
上式中的Tj, Q 和 Rjc 都是器件制造商所提供, 而 Ta 和Rcs 則是用戶自定義的參數。
用于冷卻電子設備的環境空氣溫度Ta 依賴于工作環境和所設定的最高工作環境溫度。通常,如果使用外部空氣冷卻的的話, Ta 的范圍是從35 到45°C;如果設備是封閉的或者是放置在其它熱源的附近,則Ta 的范圍是從50到60°C.
接觸熱阻Rcs 取值依賴于接觸面對的光潔度,平面度,接觸面上的壓力,接觸面積以及所使用的界面材料的種類和厚度. 但是,即使給定了界面材料的種類和厚度, 接觸熱阻的精確值卻仍然很難確定. 這是由于接觸熱阻還隨著安裝壓力和其他一些參數變化. 不過可以從界面材料的制造商和散熱片的制造商處得到相對可靠的熱阻參數.
常用的(這里指的是Avvid 的產品)界面材料的熱阻值如下表1.
展開 用于熱管理的分層導熱聚合物納米復合材料
來源 | Applied Materials Today
01
背景介紹
由于固體材料的導熱系數與電氣系統的溫度變化成反比，這就要求導熱材料表現出與溫度相適應的熱傳輸能力，并集成到動態負載條件的電氣系統的熱管理中。管理電導體中的熱量是滿足能源可持續使用和電力可靠性需求的一個主要挑戰，尤其是在電力電子設備和能源關鍵型電機中更為重要。要實現這些不同的功能，如熱可靠性和電可靠性，就需要合理地設計導熱材料的結構。
02
成果掠影
近期，布法羅大學Shenqiang Ren研究團隊提出了分層導熱納米復合材料，由納米結構陶瓷共形涂層和混合排列的超高分子量聚乙烯纖維組成，可定制電導體的散熱。混合排列的熱界面具有非常理想的各向異性高導熱系數，可達0.98W/mK，介電強度為3.4。此外，電隔熱界面在動態負載條件下表現出高性能和可靠的電氣系統。在相同的電負載下，非均勻陶瓷-聚合物封裝導體的表面溫度比聚合物封裝導體低17.8℃。研究成果以“Hierarchical thermal-conductive polymer nanocomposites for thermal management”為題發表于《Applied Materials Today》。
03
圖文導讀
圖1 a. 由超高分子量聚乙烯（UHMWPE）和陶瓷涂層組成的導熱材料示意圖。(I)排列UHMWPE纖維。（II）陶瓷涂層UHMWPE纖維。（III）異質陶瓷UHMWPE薄膜。（IV）異質薄膜涂層銅線。
展開 技術研究 | 液體高分子材料導熱系數測試技巧
1、背景描述
導熱系數是表征材料導熱性能的一個重要參數，它不僅是評價材料熱學特性的依據，也是材料在設計應用時的一個依據。目前，測量導熱系數的實驗多以固體為測試樣品。對于液體，由于導熱系數較小，基本屬于不良導熱體，而且液體具有流動性，特別是在加熱時，液體內因溫差而形成的對流將使其導熱系數的準確性降低。而隨著近年來納米流體具有優異的傳熱性能，成為了一種新型的導熱介質，滿足了熱系統高負荷的傳熱冷卻要求和微尺度狀態下的強化傳熱要求，在殼管式、雙管式、平板式等不同類型換熱器中的傳熱研究需求也不斷增大，廣泛應用于汽車、化工、太陽能集熱等不同領域。這也對液體的導熱性能測試提出了需求，現目前已有導熱性能的測試手段有6種，根據傳熱的特點和原理進行劃分。文獻調研統計發現，液體導熱系數測試多以穩態平板法為主，但在重復穩態測量時，即使設定加熱盤和環境溫度不變，穩態所對應的樣品上下表面的電壓也有起伏，由于其差值比較小，其值的微小變化會對結果造成比較大的影響，而且需要通過其他軟件進行相關結果的擬合。而非穩態中激光閃射法具有適用性強，測試結果精確等特點，而且本身帶有測試液體的樣品支架和軟件擬合模型，如圖1所示。
圖1 樣品框圖（左圖為樣品和支架圖，右圖為實體樣品支架）
圖2 儀器結構示意圖
其測試原理為：當進行樣品Z軸方向上測試，一定的設定溫度 T（恒溫條件）下，由激光源（或閃光氙燈）在瞬間發射一束光脈沖，均勻照射在樣品下表面，使其表層吸收光能后溫度瞬時升高，并作為熱端將能量以一維熱傳導方式向冷端（上表面）傳播，使用紅外檢測器連續測量上表面中心部位的相應溫升過程，如圖2所示。因此，需要對激光閃射導熱儀的液體測試方法進行開發。
展開 
導熱聚合物材料的發展趨勢：關鍵因素、進展與展望
為了提高聚合物基體的本征導熱系數，可以通過設計和改變分子和鏈結構來獲得特定的物理結構(如取向結構、液晶結構、結晶結構等)，從而獲得具有高本征導熱系數的大分子體系。對于填充的導熱聚合物，填料的導熱性、導熱網絡的結構以及聚合物與填料之間的界面對復合材料的導熱性有很大的影響。盡管到目前為止已經取得了進展，但導熱聚合物復合材料技術的進一步發展仍然需要解決一些挑戰：
（1）傳統方法制備的復合材料要想實現導熱系數的顯著提高，必須加入大量導熱填料，而導熱填料的加入過多不僅會損害材料的力學性能，還會增加界面熱阻。這是由于引入了更多的界面，導致聲子有更多的散射點，阻礙了材料中的熱流。因此，如何在低填料含量下獲得高導熱系數仍然是當前研究的熱點。
（2）聚合物的本征??值極低，但聚合物基體顯然占比最大，對復合材料性能影響最大。因此，深入研究本征聚合物的導熱機理將有利于提高最終產品的性價比。
（3）目前對導熱聚合物復合材料的研究大多停留在理論和實驗層面。如何在工業化大規模生產的層面上對此進行認識，也是今后待解決的問題。
（4）目前的熱傳導機制和模型并不完善，需要對熱傳導機制進行深入的研究，這需要從多學科的角度來看待。計算機模擬和機器學習是建立新的熱傳導模型和設計下一代導熱產品的有力工具。
（5）不同測試設備測得的聚合物復合材料的測量??值存在明顯差異。熱導率的表征方法需要規范化和標準化，以使其??值具有可比性。
（6）智能材料發展迅速，設計和制備功能導熱材料變得越來越重要，如具有高效電磁干擾屏蔽的導熱材料、具有快速自愈能力的導熱材料和具有傳感能力的導熱材料等。
展開 自組裝法制備高導熱氮化硼復合材料
來源 | Polymer
01
背景介紹
隨著集成電路芯片和電子設備小型化的快速發展，為防止芯片的熱失控，對熱管理材料提出了更嚴格的要求。此外，電子封裝材料經常會遇到應力破壞和漏電等嚴重問題。因此同時具有出色的電絕緣性和導熱性的熱界面材料成為了重點的研究方向。
然而，導熱系數的提高受到填料的含量和結構的限制。此外，當填充量高時，由于界面相互作用弱和應力集中，復合材料的力學性能往往不理想。高填充量與高強度往往是相互矛盾的，這是復合材料機械加固的經典問題。
為了解決這個問題，研究人員采用不同的方法，如逐層組裝、模板定向組裝、機械輔助壓制和磁場輔助等廣泛發展用于制備納米復合材料。但由于效率低和路線復雜，這些策略無法實現大規模連續制備，這在實際應用中是非常不可取的。
二維BN具有較高的理論導熱系數和優異的絕緣性能，是開發高導熱擬納米復合材料的合適候選填料。但是，由于高慣性和相對較大的厚度，h-BN在溶液中直接自組裝的報道很少。因此，研究h-BN的誘導取向對于實現功能復合材料的規模化制備具有重要意義。
02
成果掠影
近期，華東理工大學材料科學與工程學院的張玲教授在開發一種適合規模化熱界面材料制備技術方向取得新的進展。該團隊受天然珍珠特殊結構和功能的啟發，通過綠色、簡單的蒸發誘導組裝技術，可以大規模制備具有優異導熱系數、高絕緣性和堅固力學性能的納米級CS/BNNS薄膜。
值得注意的是，CS/BNNS薄膜在70 wt%時的拉伸強度高達104.5 MPa, 導熱系數為26.3 W/(m·K)，這是由于其取向良好的結構和強的界面相互作用。
展開 氧化鋁在導熱絕緣高分子復合材料中的應用
需要開發導熱絕緣高分子復合材料替代傳統高分子材料，作為熱界面和封裝材料，迅速將發熱元件熱量傳遞給散熱設備，保障電子設備正常運行。
1.填料的導熱機理
高分子材料本身的熱傳導系數比較小 ，所以填充型高分子復合材料導熱性能主要依賴于填充物的導熱系數，填充物在基體中的分布以及與基體的相互作用。填料用量較小時，填料雖均勻分散于樹脂中，但彼此間未能形成相互接觸和相互作用，導熱性提高不大；填料用量提高到某一臨界值時，填料間形成接觸和相互作用，體系內形成了類似網狀或鏈狀結構形態，即形成導熱網鏈。當導熱網鏈的取向與熱流方向一致時，材料導熱性能提高很快；體系中在熱流方向上未形成導熱網鏈時，會造成熱流方向上熱阻很大，導致材料導熱性能很差。
制造具有優良綜合性能的導熱材料一般有兩種途徑：一種是合成具有高熱導率的結構聚合物；另一種是在聚合物中填充高導熱性的填料。后者比較常見。一般都是用高導熱性的金屬或無機填料對高分子材料進行填充。氧化鋁（VK-L04R,VK-L600D）通常作
為填料應用于絕緣導熱高分子復合材料。
2 氧化鋁的形態及表面處理
2.1 氧化鋁（VK-L04R,VK-L600D）作為導熱絕緣材料的特點
具有導熱電絕緣性能的填料很少。常見的幾種及其熱導率分別見表1。實驗研究證明，當填料與基體熱導率之比大于100時。提高填料導熱系數已意義不大。這 就意味著應用電絕緣填料如Al2O3，MgO、BeO、AlN等可制備具有較高導熱性能的電絕緣復合材料.與其他填料相比Al2O3（VK-L04R,VK-L600D）的導熱率不高，但是其價格較低，來源較廣，填充量較大，常用作絕緣導熱聚合物的填料。Al2O3通常單獨使用或與其他填料混合使用。
展開 一種具有取向的BN/UHMWPE導熱復合材料
來源 | Composites Part A
01
背景介紹
隨著智能時代和第五代(5G)移動網絡的蓬勃發展，大數據、人工智能、智能設備等行業正朝著集成化、輕量化、小型化方向發展。然而，5G技術的嵌入導致智能設備的功率密度爆炸式增長，過多的熱量積累會降低芯片的工作效率，甚至加速老化。通過熱界面材料(TIMs)對芯片進行有效的熱管理是改善散熱的有效措施。
聚合物基TIM因其優異的電絕緣性能、輕量化和高穩定性而受到廣泛關注。與普通熱塑性材料相比，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)由于分子量和纏結大，不存在粘性流動。即使在芯片過熱的極端情況下，基于UHMWPE的TIMs也不會因為熔體流動而對電子元件造成不可逆的損壞，但是其粘度阻礙了基于UHMWPE的復合材料的制造。
雖然石墨、石墨烯、碳納米管(CNTs)、碳纖維、銀顆粒、銀納米線、銅納米線具有較高的導熱性，但其較差的絕緣特性阻礙了TIMs在芯片封裝領域的推廣應用。氮化硼(BN)在陶瓷填料中導熱系數最高(>250 W/mK)，具有良好的電絕緣性和較低的成本。因此具有制備各向異性復合材料的優勢。
制備取向復合材料的傳統方法，如化學氣相沉積、磁場或電場、冷凍鑄造和真空過濾等，通常效率低下。此外，填料互連性低和三維導熱網絡的結構缺陷嚴重限制了復合材料導熱性能的提高。因此，有必要探索高效的成型方法來制備具有高導熱性的BN/UHMWPE復合材料。
02
成果掠影
近期，華南理工大學機械與汽車工程學院高分子材料先進制造技術與裝備研究所馮彥洪教授在制備具有取向性的導熱材料取得新進展。
展開 