来源 | POLYMER COMPOSITES

链接 | https://doi.org/10.1002/pc.29613

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背景介绍

随着电子设备不断向小型化和高功率密度方向发展，热管理成为保障其性能和可靠性的关键挑战。传统热界面材料 (TIM) 主要由聚合物基体和导热填料组成，但即使填料含量高达80%，其平面外热导率也难以超过6W/mK，难以满足5G通信、人工智能等领域对高效散热的需求。为了应对这一挑战，研究人员致力于通过微观结构设计来构建高效导热通道，提升TIM的平面外热导率。现有方法包括磁场诱导取向、化学气相沉积、交联堆叠技术等，但这些方法通常需要特殊设备，工艺复杂，难以实现工业化生产。此外，熔融加工法因其工艺简单、成本合理，更适合大规模生产，但目前报道的基于该方法制备的TIM性能仍有待提升。

02

成果掠影

近日，青岛理工大学冯昌平、中国科学院青岛生物能源与过程研究所魏芳、四川大学杨伟团队使用可大规模生产的熔融加工技术制造具有密集排列结构的柔性复合薄膜材料。该复合薄膜由PW/POE作为基体，球形Al2O3作为填料，并结合了高热导率二维填料BN或GNPs，石墨烯纳米片（GNPs）包裹在Al2O3颗粒表面，形成具有优异结构稳定性的紧密集成结构。最终的柔性复合薄膜展示了9.24W/mK的平面外热导率，同时具有显著的柔韧性，其杨氏模量低至0.2 MPa。实验证明，所开发的复合薄膜具有强大的热管理潜力，使其成为先进电子封装技术的理想解决方案。研究成果以“Scalable Thermal Interface Materials with Close-Packed Structure and High Through-Plane Thermal Conductivity”为题发表在《POLYMER COMPOSITES》期刊。

03

图文导读

图1. (A) 示意图展示了PW/POE/Al2O3/GNPs和PW/POE/Al2O3/BN复合薄膜的制造过程，这些薄膜具有“紧密堆积结构”；(B) 扫描电子显微镜图像展示了原始Al2O3颗粒的形态，而(C-F)则展示了具有指定“紧密堆积结构”的80A8G复合材料的详细微观结构。

图2.(A) 不同GNPs或BN含量的复合薄膜的平面外热导率；(B) 商用NG薄膜、80A和80A8G在加热过程中的热传导演变；(C) 80A8G薄膜的平面外热导率与温度的关系；(D) 最近文献中报道的类纸复合材料平面外热导率的细微变化。

图3.(A) 示意图展示了用于展示所制造的热界面材料（TIM）样品热管理能力的定制设备；(B) 采用商用NG薄膜、80A5G、80A8G和80A8B薄膜作为TIM，利用热电偶对CPU温度在工作期间的变进行表征；(C) 在循环条件下对CPU温度变化进行检验，揭示了所制造的80A5G、80A8G和80A8B薄膜样品作为TIM的优异长期稳定性；(D) 分别在25和60摄氏度下展示典型80A5G、80A8G和80A8B薄膜的压缩应力-应变曲线；(E) 通过在25和60摄氏度下的压缩测试评估80A5G、80A8G和80A8B薄膜的杨氏模量；(F) 评估TIM与CPU或散热器之间的接触热阻 。