Forskningsframsteg för termiska gränssnittsmaterial
Termiska gränssnittsmaterial består huvudsakligen av termiskt ledande fyllmedel och polymerer. Tillsatsen av termiskt ledande fyllmedel förbättrar polymerens värmeledningsförmåga, samtidigt som polymerens's goda flexibilitet, låga kostnad och enkla bearbetnings- och formningsfördelar bibehålls. Värmeledningsförmågan hos det termiska gränssnittsmaterialet beror på fyllmedelsfraktionen. När fyllmedelsfraktionen är otillräcklig kan de dispergerade individuella partiklarna inte komma i kontakt med intilliggande partiklar (Figur 5(a)), och det värmeledande partikelnätverket kan inte bildas. När fyllmedelsfraktionen når en viss nivå (perkolationströskel), börjar ett kontinuerligt termiskt nätverk bildas (Figur 5(b)), så att den termiska konduktiviteten hos polymerkompositen kommer att öka exponentiellt.
Men hur man förbereder en värmeledningsförmåga på mer än 20 W/mK och ett gränssnittsvärde för termiskt motstånd på mindre än 0,01 Kcm2/W är fortfarande en stor utmaning. Som svar på denna svårighet, under finansieringen av National Key R&D Program-Strategic Advanced Electronic Materials Key Special Project, ledd av forskaren Sun Rong, Shenzhen Institute of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences och Shanghai Jiaotong University, Southeast University, Tongji University och Suzhou Nano, Chinese Academy of Sciences Institute of Technology and Nano-Bionics, Ningbo Institute of Materials, Chinese Academy of Sciences och Shanghai University har utfört molekylär design av högpresterande termiska gränssnittsmaterial, mikro-nano-skala mätning av gränssnittets termiska resistans, och beräkning och simulering av akustisk-elektronisk kopplingsmekanism vid gränssnittet för att utveckla högpresterande termiskt gränssnittsmaterial. På grundval av detta appliceras det förberedda termiska gränssnittsmaterialet på elektroniska enheter med hög effekttäthet, och dess typiska tillämpning i elektroniska enheter med hög effekttäthet verifieras.
Keramik har också hög värmeledningsförmåga och utmärkt elektrisk isolering, vilket är särskilt lämpligt för områden som kräver elektrisk isolering. Bland de keramiska fyllmedel som har rapporterats har bornitrid (BN) mycket hög värmeledningsförmåga och håller på att bli det mest attraktiva forskningsobjektet inom värmehanteringsapplikationer. År 2017, Zhang et al. preparerade h-BN-membranet i tid genom vakuumfiltrering och infiltrerade den vattenlösliga polymeren polyvinylalkohol i h-BN för att bilda ett h-BN/polyvinylalkoholkompositmaterial. Beredningsprocessen visas i figur 6(a). När innehållet av h-BN är 27 vol% kan den maximala värmeledningsförmågan i planet och utanför planet nå 8,44 W/m·K respektive 1,63 W/m·K (Figur 6(b)). Dessutom har Yu et al. framställda h-BN/termoplastiska polyuretankompositer med hjälp av vakuumvarmpressning. När h-BN-halten är 95 viktprocent, är kompositmaterialets värmeledningsförmåga i planet så hög som 50,3 W/m·K, vilket överensstämmer med resultaten som rapporterats av Fu et al.
Metaller har hög inneboende värmeledningsförmåga på grund av användningen av elektroner som värmebärare, och har blivit ett vanligt använt termiskt ledande fyllmedel för termiska gränssnittsmaterial. Till exempel, Xu et al. använde elektroavsättningsmetoden för att förbereda ett mycket orienterat Ag värmeledande nätverk. Det termiska gränssnittsmaterialet som framställts av den har en värmeledningsförmåga på 30,3 W/m·K, vilket är mycket högre än polymerkompositen som framställts med slumpmässig dispersionsmetoden (1,4 W/m·K). Wang et al. fann att under samma fyllmedelsinnehåll (0,9 vikt%) har nanotrådar av koppar en högre förmåga att förbättra polymerernas värmeledningsförmåga än nanotrådar av silver. Dessutom är det mycket viktigt hur man minskar gränsytans termiska motstånd mellan metallen och polymeren. Förbättring av modifieringen av organiska molekyler eller oorganiska fyllmedel på metallytan kan öka interaktionskraften mellan metallen och polymeren och sedan minska gränsytan mellan metallen och polymeren. Värmemotstånd, förbättra den termiska ledningsförmågan hos polymerkompositer. Dessutom har Jeong et al. introducerade nyligen konceptet med flytande metallfyllmedel i PDMS-matrisen för att skapa en termoelastisk kropp med hög värmeledningsförmåga, elasticitet och töjbarhet. Det finns en annan viktig forskningsriktning för metallbaserade termiska gränssnittsmaterial - kontinuerliga metallbaserade termiska gränssnittsmaterial. Till exempel kan Sn-Ag-Cu-baserade legeringar eller Sn-Bi användas som vanliga blyfria lödningar i elektronisk förpackning och används ofta som termiska gränssnittsmaterial. Dess fördelar är hög värmeledningsförmåga, lågt termiskt motstånd, hög tillförlitlighet och låg kostnad. Flytande metall är ett termiskt gränssnittsmaterial som har väckt stor uppmärksamhet de senaste åren. Dess huvudkomponent är metalliskt gallium (Ga) och dess legeringar. Det har fördelarna med låg smältpunkt, god vätbarhet med spån och lågt termiskt motstånd. Hur man förhindrar att det svämmar över är dock det största problemet och utmaningen för flytande metallbaserade termiska gränssnittsmaterial.
