高质量热界面材质研讨获进展

近日,中国科学院深圳先进技术研究院汪正平和孙蓉领导的广东省先进电子封装材料创新科研团队在电子封装材料的热管理方面取得新的突破。相关论文Ice-Templated
Assembly Strategy to Construct 3D Boron Nitride Nanosheet Networks in
Polymer Composites for Thermal Conductivity Improvement

在线发表在材料期刊Small上(DOI: 10.1002/smll.201502173)。

近日,中国科学院深圳先进技术研究院汪正平、孙蓉和香港中文大学许建斌领导的广东省先进电子封装材料创新科研团队在高性能热界面材料方面取得新的突破。相关论文A
Combination of Boron Nitride Nanotubes and Cellulose Nanofibers for the
Preparation of A Nanocomposite with High
Thermal
(《高导热氮化硼纳米管与纤维素纳米纤维复合材料》)在线发表在纳米材料期刊ACS
Nano
(DOI: 10.1021/acsnano.7b02359)上。

近期,中国科学院深圳先进技术研究院集成所先进材料中心研究员孙蓉团队在高性能导热复合材料研究中取得一系列进展。

随着电子科技的迅速发展,电子器件的功率和集成度日益提高。自1959年以来,器件的特征尺寸不断减小,已从微米量级向纳米级发展,同时集成度每年以40%至50%的高速度递增。在电子器件中,相当一部分功率损耗转化为热的形式,而电子器件的耗散生热会直接导致电子设备温度的升高和热应力的增加,对电子器件的工作可靠性和使用寿命造成严重威胁,因而电子封装的热管理已经受到科学界和工业界的广泛关注。

随着电子科技的迅速发展,电子器件的功率和集成度日益提高,自1959年以来,器件的特征尺寸不断减小,已从微米量级向纳米级发展,同时集成度每年以40~50%的高速度递增。在电子器件中,相当一部分功率损耗转化为热的形式,而电子器件的耗散生热会直接导致电子设备温度的升高和热应力的增加,对电子器件的工作可靠性和使用寿命造成严重威胁,高性能热界面材料的研究与开发已经受到科学界和工业界的广泛关注。

现代电子器件逐渐向高度集成化和高功率化发展,如果器件内部产生的热量得不到有效地散发,将会引起热失效。为了保证电器器件的工作表现和寿命,有效的散热成为了制约电子产品发展的主要因素。解决散热问题依赖于热管理材料的发展。导热材料通常由导热填料和聚合物基体组成,溶液共混是制备含有随机分布填料的复合材料的常用方法。然而,由于内部填料之间缺少有效互连,这种复合材料的导热性能提高率通常很低。缺少填料组成的导热通路意味着声子将在填料/基体的界面处发生更多的散热,带来更大的界面热阻。另一方面,加入大量的填料(”60
wt%/vol%)虽然会得到较为理想的导热性能,但是却会严重影响复合材料的机械性能和加工性,难以实用。因此,对于导热复合材料,如何在一个较低的填料含量下实现高的导热系数仍是一大挑战。

针对传统的聚合物基电子封装材料导热性差的问题,团队通过定向冷冻技术实现导热填料的定向排列,构筑三维导热网络,并最终制备出新型结构的高导热电子封装材料。相比于传统的粒子随机分布在聚合物体系中,这种方法制备的电子封装材料由于已经形成了三维导热网络,仅需很少的添加量即可实现声子在三维空间的自有传输,继而大幅度提高电子封装材料的导热性能。该项研究成果为高性能的电子封装材料的热管理提供了新方法,具有良好的应用前景。

针对传统的聚合物基热界面材料的导热性差的问题,导热基板材料研究小组许建斌、曾小亮等人通过对复合材料的结构和制备方法进行设计,结合氮化硼纳米和纳米纤维素纤维的优势,采用简单的真空辅助抽滤方式制备了具有高度取向的绿色可降解复合材料。由于氮化硼纳米管与纳米纤维素纤维之间较强的范德华力相互作用,该绿色可降解复合材料在25%质量分数的氮化硼纳米管时,导热系数高达21.39
W/mK。该项研究成果为制备高性能热界面提供了一种新的绿色材料和方法,具有良好的应用前景。

团队导热小组么依民、曾小亮等通过对填料进行取向的结构设计,结合碳化硅纳米线的高导热系数和长径比,采用冰模板法制备了宏观取向的碳化硅线网络,并以此为填料制备了高导热复合材料。对于声子来说,穿过聚合物最便捷的方式是在聚合物内部建立填料组成的通道。因此,含有高导热线状填料的聚合物复合材料会显示出导热性能的巨大提高。该复合材料的导热提高效率是其他报道的导热绝缘复合材料效率的3~8倍,内部具有三维互连填料网络的高导热复合材料在热管理领域有很大的应用潜力。相关论文Vertically
Aligned and Interconnected SiC Nanowire Networks Leading to
Significantly Enhanced Thermal Conductivity of Polymer
Composites
(《具有面外取向碳化硅线网络的高导热复合材料》)在线发表于期刊ACS
Applied Materials & Interfaces
(DOI: 10.1021/acsami.8b00328)。

该项研究得到广东省“先进电子封装材料”创新科研团队和深圳市“先进电子封装材料”孔雀团队的资助。

该项研究得到广东省“先进电子封装材料”创新科研团队和深圳市“先进电子封装材料”孔雀团队、国家自然科学基金等项目的资助。

www4288com新萄京赌场 ,该小组在三维氮化硼-石墨烯导热网络的构建方面也取得了研究进展。前期的研究者为了使得三维填料骨架有一定的机械强度,在三维骨架的制备过程中通常要加入粘结剂。然而,粘结剂与填料之间的声子谱不匹配会弱化填料骨架本身的传热,因此含有三维填料骨架的聚合物基复合材料的导热性能往往也不理想。项目团队以与声子传输性质相近的氮化硼和石墨烯为组装单元,构建了取向的声子导热网络。复合材料的面外导热系数达到了5.05
Wm-1K-1,高于其他报道的氮化硼基复合材料的导热数值。相关论文Construction
of Three-dimensional Skeleton for Polymer Composites Achieving a High
Thermal
Conductivity
(《构建含有三维导热网络的高性能复合材料》)在线发表于期刊Small(DOI:
10.1002/smll.201704044)。