A termikus interfész anyagok kutatásának előrehaladása
A hőfelületi anyagok főként hővezető töltőanyagokból és polimerekből állnak. A hővezető töltőanyag hozzáadása javítja a polimer hővezető képességét, miközben megőrzi a polimer' jó rugalmasságát, alacsony költségét, valamint egyszerű feldolgozási és formázási előnyeit. A termikus határfelület anyagának hővezető képessége a töltőanyag frakciójától függ. Ha a töltőanyag-frakció nem elegendő, a diszpergált egyedi részecskék nem érintkezhetnek a szomszédos részecskékkel (5(a) ábra), és nem tud kialakulni a hővezető részecskehálózat. Amikor a töltőanyag-frakció elér egy bizonyos szintet (perkolációs küszöböt), folytonos hőhálózat kezd kialakulni (5(b) ábra), így a polimer kompozit hővezető képessége exponenciálisan megnő.
A 20 W/mK-nál nagyobb hővezetőképesség és a 0,01 Kcm2/W alatti határfelületi hőellenállási érték előállítása azonban továbbra is óriási kihívás. Erre a nehézségre válaszul a National Key R&D Program-Strategic Advanced Electronic Materials Key Special Project finanszírozása mellett, amelyet Sun Rong kutató, Shenzhen Fejlett Technológiai Intézet, Kínai Tudományos Akadémia és Shanghai Jiaotong vezetett. Egyetem, Délkeleti Egyetem, Tongji Egyetem és Suzhou Nano, Kínai Tudományos Akadémia A Technológiai és Nano-Bionikai Intézet, a Ningbo Anyagtudományi Intézet, a Kínai Tudományos Akadémia és a Sanghaji Egyetem molekuláris tervezést végzett nagy teljesítményű termikus interfész anyagokon, Az interfész hőellenállásának mikro-nano léptékű mérése, valamint az akusztikus-elektronikus csatolómechanizmus kiszámítása és szimulációja az interfészen a nagy teljesítményű termikus interfész anyag kifejlesztéséhez. Ennek alapján az elkészített termikus interfész anyagot nagy teljesítménysűrűségű elektronikai eszközökre visszük fel, és igazoljuk tipikus alkalmazását nagy teljesítménysűrűségű elektronikai eszközökben.
A kerámiák magas hővezető képességgel és kiváló elektromos szigeteléssel is rendelkeznek, ami különösen alkalmas az elektromos szigetelést igénylő területeken. A bejelentett kerámia töltőanyagok közül a bór-nitrid (BN) nagyon magas hővezető képességgel rendelkezik, és a hőkezelési alkalmazások legvonzóbb kutatási tárgyává válik. 2017-ben Zhang et al. vákuumszűréssel időben elkészítette a h-BN membránt, és beszivárogtatta a vízoldható polimer polivinil-alkoholt a h-BN-be, így h-BN/polivinil-alkohol kompozit anyagot képezett. Az elkészítési folyamat a 6(a) ábrán látható. Ha a h-BN-tartalom 27 térfogat%, a maximális síkbeli és síkon kívüli hővezető képesség elérheti a 8,44 W/m·K, illetve az 1,63 W/m·K értéket (6(b) ábra). Ezen kívül Yu et al. h-BN/termoplasztikus poliuretán kompozitok vákuum-melegsajtolással. Ha a h-BN-tartalom 95 tömeg%, a kompozit anyag síkbeli hővezető képessége eléri az 50,3 W/m·K-t, ami összhangban van Fu és munkatársai által közölt eredményekkel.
A fémek nagy belső hővezető képességgel rendelkeznek az elektronok hőhordozóként való felhasználása miatt, és a hővezető anyagok általánosan használt hővezető töltőanyagává váltak. Például Xu et al. elektrodepozíciós módszert alkalmaztak egy erősen orientált Ag hővezető hálózat elkészítésére. Az általa készített termikus határfelületi anyag hővezető képessége 30,3 W/m·K, ami jóval magasabb, mint a véletlenszerű diszperziós módszerrel előállított polimer kompozité (1,4 W/m·K). Wang és mtsai. azt találta, hogy azonos töltőanyag-tartalom mellett (0,9 tömeg%) a réz nanohuzalok jobban képesek javítani a polimerek hővezető képességét, mint az ezüst nanohuzalok. Ezenkívül nagyon fontos, hogy hogyan csökkenthető a fém és a polimer közötti határfelületi hőellenállás. A fémfelületen lévő szerves molekulák vagy szervetlen töltőanyagok módosulásának javítása növelheti a fém és a polimer közötti kölcsönhatási erőt, majd csökkentheti a fém és a polimer közötti határfelületet. Hőállóság, javítja a polimer kompozitok hővezető képességét. Ezenkívül Jeong et al. a közelmúltban bevezették a folyékony fém töltőanyag fogalmát a PDMS mátrixban, hogy olyan termoelasztikus testet hozzanak létre, amely magas hővezető képességgel, rugalmassággal és nyújthatósággal rendelkezik. Létezik egy másik fontos kutatási irány a fémalapú termikus határfelületi anyagoknak – a folytonos fém alapú hőfelületi anyagoknak. Például az Sn-Ag-Cu alapú ötvözetek vagy az Sn-Bi szabványos ólommentes forraszanyagként használhatók elektronikus csomagolásban, és gyakran használják termikus interfész anyagként. Előnye a nagy hővezető képesség, az alacsony interfész hőellenállás, a nagy megbízhatóság és az alacsony költség. A folyékony fém olyan termikus felületi anyag, amely az elmúlt években nagy figyelmet kapott. Fő alkotóeleme a fémes gallium (Ga) és ötvözetei. Előnye az alacsony olvadáspont, a forgácsokkal való jó nedvesíthetőség és az alacsony felületi hőellenállás. A túlcsordulás megakadályozása azonban a folyékony fém alapú hőfelületi anyagok legnagyobb problémája és kihívása.
