Tiến độ nghiên cứu vật liệu giao diện nhiệt

Vật liệu giao diện nhiệt chủ yếu bao gồm chất độn và polyme dẫn nhiệt. Việc bổ sung chất độn dẫn nhiệt giúp cải thiện độ dẫn nhiệt của polyme, trong khi vẫn giữ được tính linh hoạt tốt, chi phí thấp và các ưu điểm dễ đúc và gia công của polyme' Độ dẫn nhiệt của vật liệu giao diện nhiệt phụ thuộc vào phần chất độn. Khi phần chất độn không đủ, các hạt riêng lẻ phân tán không thể tiếp xúc với các hạt bên cạnh (Hình 5 (a)) và không thể hình thành mạng lưới hạt dẫn nhiệt. Khi phần chất độn đạt đến một mức nhất định (ngưỡng thấm màu), một mạng lưới nhiệt liên tục bắt đầu hình thành (Hình 5 (b)), do đó độ dẫn nhiệt của hỗn hợp polyme sẽ tăng lên theo cấp số nhân.

Tuy nhiên, làm thế nào để điều chế độ dẫn nhiệt lớn hơn 20 W / mK và giá trị điện trở nhiệt bề mặt nhỏ hơn 0,01 Kcm2 / W vẫn là một thách thức rất lớn. Để giải quyết khó khăn này, dưới sự tài trợ của Dự án Đặc biệt Vật liệu Điện tử Tiên tiến Chương trình-Chiến lược Cấp cao Quốc gia, do nhà nghiên cứu Sun Rong, Viện Công nghệ Tiên tiến Thâm Quyến, Viện Khoa học Trung Quốc và Shanghai Jiaotong đứng đầu. Đại học, Đại học Đông Nam, Đại học Đồng Tế và Tô Châu Nano, Học viện Khoa học Trung Quốc Viện Công nghệ và Sinh học Nano, Viện Vật liệu Ninh Ba, Học viện Khoa học Trung Quốc và Đại học Thượng Hải đã thực hiện thiết kế phân tử của vật liệu giao diện nhiệt hiệu suất cao, quy mô micro-nano đo điện trở nhiệt của giao diện và tính toán và mô phỏng cơ chế ghép nối âm-điện tử tại giao diện để phát triển vật liệu giao diện Nhiệt hiệu suất cao. Trên cơ sở này, vật liệu giao diện nhiệt đã chuẩn bị được áp dụng cho các thiết bị điện tử mật độ công suất cao, và ứng dụng điển hình của nó trong các thiết bị điện tử mật độ công suất cao đã được xác minh.

Gốm sứ còn có khả năng dẫn nhiệt cao và cách điện cực tốt, đặc biệt thích hợp cho những khu vực cần cách điện. Trong số các chất độn gốm đã được báo cáo, boron nitride (BN) có độ dẫn nhiệt rất cao và đang trở thành đối tượng nghiên cứu hấp dẫn nhất trong các ứng dụng quản lý nhiệt. Năm 2017, Zhang et al. chuẩn bị màng h-BN kịp thời bằng cách lọc chân không, và thấm polyvinyl alcohol hòa tan trong nước vào h-BN để tạo thành vật liệu hỗn hợp h-BN / polyvinyl alcohol. Quá trình chuẩn bị được thể hiện trong Hình 6 (a). Khi hàm lượng của h-BN là 27%, hệ số dẫn nhiệt trong và ngoài mặt phẳng cực đại có thể đạt lần lượt là 8,44 W / m · K và 1,63 W / m · K (Hình 6 (b)). Ngoài ra, Yu et al. vật liệu tổng hợp polyurethane h-BN / nhựa nhiệt dẻo đã chuẩn bị bằng cách sử dụng phương pháp ép nóng chân không. Khi hàm lượng h-BN là 95% trọng lượng, hệ số dẫn nhiệt trong mặt phẳng của vật liệu composite cao tới 50,3 W / m · K, phù hợp với kết quả được Fu et al.

Các kim loại có tính dẫn nhiệt nội tại cao do sử dụng các electron làm chất mang nhiệt và đã trở thành chất độn dẫn nhiệt được sử dụng phổ biến cho các vật liệu giao diện nhiệt. Ví dụ, Xu et al. đã sử dụng phương pháp lắng đọng điện để điều chế mạng dẫn nhiệt Ag có định hướng cao. Vật liệu giao diện nhiệt do nó chế tạo có hệ số dẫn nhiệt là 30,3 W / m · K, cao hơn nhiều so với hỗn hợp polyme được chế tạo bằng phương pháp phân tán ngẫu nhiên (1,4 W / m · K). Wang và cộng sự. nhận thấy rằng trong cùng một hàm lượng chất độn (0,9% trọng lượng), dây nano đồng có khả năng cải thiện độ dẫn nhiệt của polyme cao hơn dây nano bạc. Ngoài ra, làm thế nào để giảm điện trở nhiệt mặt phân cách giữa kim loại và polyme là rất quan trọng. Cải thiện sự biến đổi của các phân tử hữu cơ hoặc chất độn vô cơ trên bề mặt kim loại có thể làm tăng lực tương tác giữa kim loại và polyme, và sau đó làm giảm mặt phân cách giữa kim loại và polyme. Khả năng chịu nhiệt, cải thiện độ dẫn nhiệt của vật liệu tổng hợp polyme. Ngoài ra, Jeong et al. gần đây đã đưa ra khái niệm về chất độn kim loại lỏng trong ma trận PDMS nhằm tạo ra một cơ thể đàn hồi nhiệt có tính dẫn nhiệt, độ đàn hồi và khả năng kéo dãn cao. Có một hướng nghiên cứu quan trọng khác về vật liệu giao diện nhiệt dựa trên kim loại — vật liệu giao diện nhiệt liên tục dựa trên kim loại. Ví dụ, hợp kim gốc Sn-Ag-Cu hoặc Sn-Bi có thể được sử dụng làm chất hàn không chì tiêu chuẩn trong bao bì điện tử và thường được sử dụng làm vật liệu giao diện nhiệt. Ưu điểm của nó là độ dẫn nhiệt cao, điện trở nhiệt giao diện thấp, độ tin cậy cao và chi phí thấp. Kim loại lỏng là một vật liệu giao diện nhiệt đã thu hút nhiều sự chú ý trong những năm gần đây. Thành phần chính của nó là kim loại Gali (Ga) và các hợp kim của nó. Nó có ưu điểm là nhiệt độ nóng chảy thấp, khả năng thấm ướt tốt với chip và khả năng chịu nhiệt giao diện thấp. Tuy nhiên, làm thế nào để ngăn nó tràn ra ngoài là vấn đề và thách thức lớn nhất đối với vật liệu giao diện nhiệt dựa trên kim loại lỏng.