一種具有優(yōu)異導(dǎo)熱性的新型熱界面材料

熱設(shè)計(jì) 2024-04-17

來源：Small methods

原文：https://doi.org/10.1002/smtd.202301788

01 背景介紹

在大功率電子產(chǎn)品中，散熱通常是通過散熱器實(shí)現(xiàn)的。芯片和散熱器的剛性可能導(dǎo)致不完全接觸和界面之間形成多個(gè)氣隙，阻礙有效的傳熱并潛在地影響微型電路的性能。在裸芯片、電源、大功率放大器等對(duì)絕緣要求嚴(yán)格的場(chǎng)景中，電氣絕緣是必不可少的。熱界面材料(TIMs)在實(shí)現(xiàn)最佳熱管理方面起著至關(guān)重要的作用，理想的TIMs需要高的通平面導(dǎo)熱系數(shù)和柔軟度。

但是，市售的絕緣TIMs通常存在溫度低或靈活性差的問題，這阻礙了它們滿足不斷升級(jí)的散熱需求的能力。復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)高度依賴于導(dǎo)熱填料的種類、載荷和結(jié)構(gòu)。一般來說，增加材料的填料含量往往會(huì)提高其導(dǎo)熱性，但這是以降低柔韌性為代價(jià)的。要解決這些挑戰(zhàn)，就必須專注于開發(fā)具有高溫度、低壓縮應(yīng)力和柔軟度的TIMs，同時(shí)還要確保電絕緣。這些關(guān)鍵屬性的結(jié)合將使TIMs能夠滿足各種應(yīng)用中對(duì)高效散熱日益增長(zhǎng)的需求。

02 成果掠影

近日，北京大學(xué)白樹林團(tuán)隊(duì)針對(duì)用于滿足當(dāng)下電子器件不斷小型化的趨勢(shì)引發(fā)了的高導(dǎo)熱性又能提供優(yōu)異電絕緣的材料的開發(fā)取得新進(jìn)展。在這項(xiàng)研究中，我們提出了一種堆疊切割方法來構(gòu)建垂直取向的h-BN膜(v-BNf)和石墨膜(v-Gf)填充SR復(fù)合材料。該方法成功地保留了BN和石墨薄膜的高取向度，從而獲得了前所未有的23.7 W/mK的通平面導(dǎo)熱系數(shù)和非常低的4.85 MPa的壓縮模量。此外，復(fù)合材料的特殊性能，包括低熱阻和高回彈率，使其成為各種應(yīng)用的可靠和耐用的選擇。實(shí)際測(cè)試證明了其出色的散熱性能，顯著降低了計(jì)算機(jī)冷卻系統(tǒng)中CPU的溫度。這項(xiàng)研究工作揭示了基于BN的TIMs的可能上限，并為其大規(guī)模的實(shí)際實(shí)施鋪平了道路，特別是在下一代電子設(shè)備的熱管理方面。研究成果以“A Novel Thermal Interface Material Composed of Vertically Aligned Boron Nitride and Graphite Films for Ultrahigh Through-Plane Thermal Conductivity”為題發(fā)表在《Small methods》。

03 圖文導(dǎo)讀