来源 | Electron 

链接 | https://doi.org/10.1002/elt2.70030

01

背景介绍

电子器件向高功率、小型化发展（芯片功率密度达～10³ W/cm²），TIM 作为芯片与散热器间的关键热桥，需同时降低两类热阻：材料本身热阻：依赖高导热性，界面接触热阻：依赖形状自适应（贴合芯片 / 散热器表面）；但传统 TIM 存在固有矛盾：陶瓷 / 金属：导热性好（k 高）但刚性强，易开裂，接触热阻大；传统聚合物 / 相变材料：形状自适应好但导热性差（k≈0.2 W/m・K）；导热膏：高温下易老化，性能衰减快。聚合物复合材料具有良好的导热性、介电绝缘性和自修复能力，因此有望成为TIM的候选材料。

02

成果掠影

近日，西北工业大学程源、苏州纳米所张幸红等团队开发了一种电响应半结晶铁电聚合物（PVDF）热界面材料（TIM）；通过高温下电刺激调控，使无定形域发生偶极极化诱导的局部结晶，实现 “无规卷曲→扭曲→反式” 构象演变，同时结合 β 相结晶域的高效导热与无定形基质的形状适应性，成功解决传统 TIM 中导热性与形状自适应的固有矛盾，最终达成2.50 W/m.K 的定向导热率和41% 的伸长率，兼具自修复能力与电绝缘性，为高性能电子器件热管理提供了新范式。研究成果以“Spider Silk Inspired Shape Adaptive and Heat Conductive Thermal Interface Materials” 为题，发表于《Electron 》期刊。

03

图文导读

图1|蜘蛛丝激发的半结晶铁电聚合物。（A）TIM在芯片和槽之间的总界面热阻（RTIM = Rt + Rc 1 + Rc 2）。（B）由结晶畴和非晶链组成的半结晶蜘蛛丝。（C）在电刺激下用于定向驱动的松散非晶链的排斥和伸长。（D）局域结晶中的声子传输机制。

图2|半结晶铁电聚合物中的导热晶畴和形状自适应非晶畴.（A）具有热边界的晶畴的典型模型.（B）不同温度下的XY-平面快照.（C D）Z向热导率和力学行为随温度变化。声子散射诱导的Umklapp过程为k <$T−1。（E）EX = EY电刺激下的电致伸缩及其变形包含拉伸和压缩。（F）具有热边界的非晶畴的典型模型。（G）变形随电变化的侧视快照。（h，i）各向异性热导率和Z方向机械行为随电而变化。

图3|蜘蛛丝激发了半结晶铁电聚合物及其特性。（A）在高温下具有电刺激的半结晶聚合物和与结晶域连接的局部结晶。（B，C）Z-方向热导率和机械行为随电而变化。（D）与报道材料的物理特性比较[36，39-43]。

图4|电刺激下半结晶铁电聚合物的偶极相互作用对热导的影响：（A）非晶畴中定向驱动的偶极极化，偶极距（B，E，H），C原子的径向分布函数（C，F，I），化学气相沉积（D，G，K）随温度或电刺激而变化。

图5|电刺激下非晶畴的卷曲扭曲反式构象演化。（A）F原子极移在YZ平面上的可能投影。（B）从所有原子构型中提取的极矢量的赤平投影。高密度分布用红色标记。（C）Hermans取向随电变化。（D，E）链的平均端到端距离及其均方回转半径随时间变化。

图6|半结晶铁电聚合物在电刺激下的声子传输.（A，B）用不同温度下的Φ'（k，ω）和声子寿命预测的沿着Γ-Z的SED图.（C，D）结晶畴的PDOS和PPR随温度变化，非晶畴（E，F）和半结晶聚合物（G，H）的PDOS和PPR随电刺激而变化.