深圳先進(jìn)院汪正平院士團(tuán)隊(duì)在高導(dǎo)熱復(fù)合材料研究中取得新進(jìn)展

熱管理 2021-08-02

隨著電子產(chǎn)品向小型化、高性能化及高度集成方向發(fā)展，電子產(chǎn)品散熱能力差的缺點(diǎn)也就日益突出。聚合物基熱界面材料是解決電子產(chǎn)品散熱問題的重要部分。

近日，來自中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院，由汪正平院士和孫蓉研究員領(lǐng)導(dǎo)的先進(jìn)封裝材料創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的曾小亮博士及其研究生潘桂然通過研究發(fā)現(xiàn)影響聚合物基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的因素主要有兩種：1、填料之間的界面作用力，填料之間作用力越強(qiáng)，接觸越充分，填料之間形成的導(dǎo)熱通路就越多，散熱效率就越高；2、填料的取向，填料之間形成層層堆疊的微觀結(jié)構(gòu)可以在單向形成散熱途徑，提高散熱效率。有效的結(jié)合這兩個(gè)因素可以制備出具有高導(dǎo)熱性能的聚合物基界面材料。

自然界中的生物為了生存，通過千萬年的優(yōu)勝略汰會把自身的組織進(jìn)化到“最強(qiáng)悍”的狀態(tài)。例如，天然貝殼的微觀結(jié)構(gòu)就非常有趣，一眼看上去就像是層層排列的磚墻，這種獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)使得貝殼具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，可以更好的抵御海浪的拍打與沖刷。受天然貝殼的啟發(fā)，曾小亮課題組利用具有二維結(jié)構(gòu)的片狀氧化鋁為填料來仿制天然貝殼的微觀結(jié)構(gòu)從而高強(qiáng)度的復(fù)合材料。結(jié)合影響復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響因素，曾小亮課題組利用化學(xué)還原法使得硝酸銀中的銀離子還原，然后沉積到改性后的氧化鋁片表面制得雜化粒子，然后使雜化填料與環(huán)氧樹脂高分子基進(jìn)行混合，通過熱壓工藝對片狀的氧化鋁進(jìn)行微觀取向，最后得到所需的復(fù)合材料。

還原得到的銀離子是納米級的，在經(jīng)過高溫固化時(shí)會發(fā)生熔融使得臨近的氧化鋁片橋聯(lián)在一起提高了填料之間的界面作用力，降低了材料之間的界面熱阻，從而使復(fù)合材料達(dá)到高的傳熱效率。

▲ 復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)隨銀粒子含量和雜化填料含量的變化

改性后的氧化鋁填料與環(huán)氧樹脂基體之間作用力更強(qiáng)從而形成了“磚-泥”結(jié)構(gòu)，大幅度提升了復(fù)合材料的機(jī)械性能。在外力作用下，氧化鋁片表面的銀粒子凸起增加了填料之間相對滑動(dòng)的粗糙度，提高了復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度。此外，熔融的銀粒子使填料之間緊密連接形成框架也有助于提高復(fù)合材料的機(jī)械性能。