一种具有低键合厚度和热阻的热界面材料

来源 | ACS Applied Materials&Interfaces

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背景介绍

固体物体的表面总是凹凸不平的。假设两个表面波动仅为1 μm的物体相互接触，在它们的界面处将观察到一个大于38.0 mm2 K/W的巨大热阻抗，与15.2 mm厚的铜板相当。这种由不可忽略的界面气隙产生的热障，一直阻碍着电子器件散热过程。为了促进有效的界面热传递乐鱼体育，开发了热界面材料(TIM)来填充气隙并连接两个物体。在过去的二十年里，人们对高导热系数材料的发展给予了相当大的关注，并对高导热TIMs进行了许多尝试。从先前报道的TIMs来看，操纵各向异性k并使其在厚度方向上表现出色并不是一件非常困难的事情。

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成果掠影

近期，四川大学吴凯团队针对开发具有优异性能的热界面材料取得最新进展。本研究提出了一种低键合厚度(BLT)路径来减轻夹层热阻抗。通过在Al2O3 - PDMS和Al2O3 -填料界面区按需定位镓基液态金属LM，成功制备了一种高触变、导热和电绝缘的PDMS/LM-Al2O3/ZnO复合材料。这种复合材料在润滑脂状态下表现出接近最大填料直径的边界BLT和低至仅4.05 mm2 K/W的超低有限热阻Reff。这种BLT和超低Reff的优势归功于界面LM的独特功能乐鱼体育app官方网站，即释放与刚性Al2O3相邻的PDMS链的迁移性，并充当Al2O3和其他填料之间的润滑剂乐鱼体育app，以促进它们在边界BLT下的运动。在这项工作中，使用功能液体进行填料表面改性的幸运尝试，以及制造超低Reff TIM的低BLT策略，将激励未来的材料科学家和工程师开发更多新概念和高性能的TIMs，用于不同的热管理应用。研究成果以“Dry-Contact Thermal Interface Material with the Desired Bond Line Thickness and Ultralow Applied Thermal Resistance”为题发表于《ACS Applied Materials&Interfaces》。

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图文导读

图1. 基于PDMS的TIMs应用热阻的理论预测与表征。

图2. 固定化PDMS在界面区的流变行为。

图3. 无机填料在低BLT条件下的流变行为。

图4. PDMS基TIMs的面外热输运特性。

图5. PDMS的TIMs热管理应用。

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