隨著人工智能(AI)、電子信息等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展,芯片(CPU/GPU)等微處理器的散熱問題日益凸顯,成為制約技術(shù)進(jìn)步的瓶頸之一。熱界面材料(TIMs)是熱管理系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分,其性能直接影響電子設(shè)備的散熱效率與運(yùn)行可靠性。當(dāng)前,熱界面材料的研究重點(diǎn)聚焦于通過將功能性填料分散到聚合物基體中以提升其導(dǎo)熱性能,如何有效降低界面熱阻、提升傳熱效率已成為導(dǎo)熱材料領(lǐng)域亟待攻克的關(guān)鍵科學(xué)問題。
近日,青島科技大學(xué)液界熱道學(xué)生團(tuán)隊(duì)成功將電場(chǎng)取向技術(shù)應(yīng)用到熱界面材料制備中,成功改善了現(xiàn)存熱界面材料存在的痛點(diǎn)問題,制備出熱導(dǎo)率高、柔性強(qiáng)且絕緣性能強(qiáng)的熱界面材料。相關(guān)成果以“Preparation of PANI/CuPc/PDMS Composite Elastomer with High Dielectric Constant and Low Modulus Assisted by Electric Fields”為題發(fā)表于國際著名期刊《Polymers》(中科院二區(qū),影響因子4.7)上,兩項(xiàng)專利《一種通過電場(chǎng)誘導(dǎo)離子液體取向提高聚合物復(fù)合膜介電性能的方法》《一種離子液體輔助功能填料取向的電介質(zhì)材料的制備方法》
團(tuán)隊(duì)通過在基體兩側(cè)施加電壓,主動(dòng)形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò),使得填充量減少到了25%。
與此同時(shí),在外加電場(chǎng)輔助基礎(chǔ)上,結(jié)合仿生學(xué)思想,在體系中引入離子液體,誘導(dǎo)填料極化,取向結(jié)構(gòu)更加完整。再選擇更高熱導(dǎo)率的液態(tài)金屬替換離子液體,用機(jī)械化學(xué)方法將鎵-銦-錫液態(tài)金屬(LM)鍵合至Al?O?表面,再進(jìn)行電場(chǎng)取向。最終得到熱導(dǎo)率為23W/m·K的熱界面材料,提升了131倍。
通過建立固-液界面與取向結(jié)構(gòu)對(duì)高效導(dǎo)熱性能的影響機(jī)制,揭示取向結(jié)構(gòu)在降低界面熱阻、促進(jìn)熱量定向傳輸方面的關(guān)鍵作用,為構(gòu)筑導(dǎo)熱微納通道開辟新途徑,從而科學(xué)指導(dǎo)新型高導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備。同時(shí),該項(xiàng)研究拓展了高壓交流電場(chǎng)在異質(zhì)粒子體系中的應(yīng)用,優(yōu)化熱傳導(dǎo)路徑并提升介電性能,構(gòu)筑兼具高導(dǎo)熱和高介電性能的復(fù)合材料,為高導(dǎo)熱、高介電復(fù)合材料的理論研究和實(shí)際應(yīng)用提供了重要支撐。
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