Progresul cercetării materialelor de interfață termică
Materialele de interfață termică sunt compuse în principal din umpluturi și polimeri conductoare termic. Adăugarea de material de umplutură conductiv termic îmbunătățește conductivitatea termică a polimerului, păstrând în același timp o bună flexibilitate a polimerului', costul scăzut și avantajele ușoare de procesare și turnare. Conductivitatea termică a materialului de interfață termică depinde de fracția de umplutură. Când fracția de umplutură este insuficientă, particulele individuale dispersate nu pot intra în contact cu particulele adiacente (Figura 5(a)), iar rețeaua de particule conductoare termic nu poate fi formată. Când fracțiunea de umplutură atinge un anumit nivel (pragul de percolare), începe să se formeze o rețea termică continuă (Figura 5(b)), astfel încât conductivitatea termică a compozitului polimeric va crește exponențial.
Cu toate acestea, cum să pregătiți o conductivitate termică mai mare de 20 W/mK și o valoare a rezistenței termice a interfeței mai mică de 0,01 Kcm2/W este încă o provocare uriașă. Ca răspuns la această dificultate, sub finanțarea National Key R&D Program-Strategic Advanced Electronic Materials Key Special Project, condus de cercetătorul Sun Rong, Institutul de Tehnologie Avansată Shenzhen, Academia Chineză de Științe și Shanghai Jiaotong Universitatea, Universitatea de Sud-Est, Universitatea Tongji și Suzhou Nano, Academia Chineză de Științe Institutul de Tehnologie și Nano-Bionic, Institutul de Materiale Ningbo, Academia Chineză de Științe și Universitatea din Shanghai au realizat proiectarea moleculară a materialelor de interfață termică de înaltă performanță, măsurarea la scară micro-nano a rezistenței termice a interfeței și calcularea și simularea mecanismului de cuplare acustic-electronic la interfață pentru a dezvolta material de interfață termică de înaltă performanță. Pe această bază, materialul de interfață termică pregătit este aplicat dispozitivelor electronice cu densitate mare de putere, iar aplicarea sa tipică în dispozitive electronice cu densitate mare de putere este verificată.
De asemenea, ceramica are o conductivitate termică ridicată și o izolație electrică excelentă, care este potrivită în special pentru zonele care necesită izolație electrică. Dintre materialele de umplutură ceramice care au fost raportate, nitrura de bor (BN) are o conductivitate termică foarte mare și devine cel mai atractiv obiect de cercetare în aplicațiile de management termic. În 2017, Zhang și colab. a preparat membrana h-BN la timp prin filtrare în vid și a infiltrat polimerul solubil în apă alcool polivinilic în h-BN pentru a forma un material compozit h-BN/polivinil alcool. Procesul de preparare este prezentat în Figura 6(a). Când conținutul de h-BN este de 27% vol, conductivitatea termică maximă în plan și în afara planului poate atinge 8,44 W/m·K și, respectiv, 1,63 W/m·K (Figura 6(b)). În plus, Yu și colab. compozite h-BN/poliuretan termoplastic preparate prin presare la cald în vid. Când conținutul de h-BN este de 95% în greutate, conductivitatea termică în plan a materialului compozit este de până la 50,3 W/m·K, ceea ce este în concordanță cu rezultatele raportate de Fu și colab.
Metalele au o conductivitate termică intrinsecă ridicată datorită utilizării electronilor ca purtători de căldură și au devenit un material de umplutură conductor termic utilizat în mod obișnuit pentru materialele de interfață termică. De exemplu, Xu și colab. a folosit metoda de electrodepunere pentru a pregăti o rețea termoconductivă Ag foarte orientată. Materialul de interfață termică preparat de acesta are o conductivitate termică de 30,3 W/m·K, care este mult mai mare decât compozitul polimeric preparat prin metoda de dispersie aleatorie (1,4 W/m·K). Wang şi colab. a constatat că sub același conținut de umplutură (0,9% în greutate), nanofirele de cupru au o capacitate mai mare de a îmbunătăți conductivitatea termică a polimerilor decât nanofirele de argint. În plus, modul de reducere a rezistenței termice a interfeței dintre metal și polimer este foarte important. Îmbunătățirea modificării moleculelor organice sau a materialelor de umplutură anorganice pe suprafața metalului poate crește forța de interacțiune dintre metal și polimer și apoi reduce interfața dintre metal și polimer. Rezistența termică, îmbunătățirea conductivității termice a compozitelor polimerice. În plus, Jeong și colab. a introdus recent conceptul de umplutură metalică lichidă în matricea PDMS pentru a crea un corp termoelastic cu conductivitate termică, elasticitate și elasticitate ridicate. Există o altă direcție importantă de cercetare a materialelor de interfață termică pe bază de metal - materialele de interfață termică continue pe bază de metal. De exemplu, aliajele pe bază de Sn-Ag-Cu sau Sn-Bi pot fi utilizate ca lipituri standard fără plumb în ambalajele electronice și sunt adesea folosite ca materiale de interfață termică. Avantajele sale sunt conductivitatea termică ridicată, rezistența termică scăzută a interfeței, fiabilitatea ridicată și costul scăzut. Metalul lichid este un material de interfață termică care a atras multă atenție în ultimii ani. Componenta sa principală este galiul metalic (Ga) și aliajele sale. Are avantajele punctului de topire scăzut, umectabilitatea bună cu așchii și rezistența termică scăzută a interfeței. Cu toate acestea, modul de prevenire a revărsării este cea mai mare problemă și provocare pentru materialele de interfață termică pe bază de metal lichid.
