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热界面材料的导热性能的提升 ——控制填料取向 目录 延时符 1 背景介绍 Introduction 集成电路 TIM示意图 2 导热机理 固体材料导热机理 导热 自由电子 声子 导热率 K=Kph + Ke Kph 声子热导率 Ke 电子热导率 纯金属 合金 绝缘材料（如：共价晶体） 合金 固体材料导热机理 无定形聚合物的热传导机制不同的颜色和大小代表聚合物分子中的不同原子。 理想晶体结构中的热传导机制。绿球代表结晶球，不存在声子散射。 Carbon 142 (2019) 445-460 固体材料导热机理 (a)具有连续填料网络的晶体填料/聚合物复合材料的导热机理 (b)具有不连续填料网络的晶体填料/聚合物复合材料的导热机理 Carbon 142 (2019) 445-460 聚合物复合材料导热性能的常用填料 碳基填料 陶瓷填料 金属填料 3 实例介绍 实例1：PVDF/oGNF复合材料 在L形扭结管中熔融加工的石墨烯纳米薄片填充聚合物复合材料的高平面热传导 思路：通过控制各向异性的导热填料的取向来制备高导热性能的复合材料。压缩GNF，其表面法线优先平行于正常膜表面排列。 材料性能参数：在25vol％下产生约10W/mK的定向导热率，密度约为1.5 g/cm 3 。 ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 15256−15262 制备过程 原材料：聚偏二氟乙烯(PVDF)石墨烯纳米片(GNF)(半径5um，厚度6-8nm)N，N-二甲基甲酰胺(DMF) 材料制备：PVDF溶解（120℃） 浴超声处理（混合） 蒸发DMF溶剂（140℃） 切割 导入模具 热压（10MPa、180℃） 抛光测量热导率（0.2cm）。 ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 15256−15262 表征分析 导热系数对比：PVDF/GNF，K=2.14W/mK，GNF加载量=30wt% 取向的PVDF/GNF，K=10.19W/mK，GNF加载量=25wt% 实例2：有机硅凝胶/mhBN 磁定向六方氮化硼晶片聚合物基复合材料 mhBN晶片的制备：用超顺磁性氧化铁纳米颗粒涂覆hBN晶片，使mhBN晶片能够对磁场产生感应，从利用磁场控制晶片取向而达到的目的。 ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 13000−13006 填料：六方氮化硼 优异的导热性和电绝缘性 高纵横比（D / t）的片形颗粒并且显示出高度各向异性的热性质 面内热导率为约600Wm -1 K -1，贯通面热导率仅为2-30W m -1 K -1 ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 7633−7640. 制备过程 向pH=7的hBN溶液中滴加EMG-605铁磁流体，制备磁性响应hBN晶片(mhBN) 将mhBN加入到有机硅凝胶中，加入固化剂并搅拌使之均匀分散 在真空箱中除气泡 将凝胶导入模具中，放在相应的磁场下，控制填料取向 在150℃下进行退火6小时以确保复合材料的完全固化 Science 2012, 335, 199−204. 复合材料的表征 总结展望 上述两种材料都是使填料在基体中规则排列。首先，可以形成声子或者电子的传递通道；其次，可以降低填料与填料之间，填料与基体之间的接触热阻达到提升导热性能的目的。 这种思路也是当下热界面材料设计中十分热门的，比如石墨烯与金属粒子结合、碳纳米管阵列、不同尺寸的粒子之间的配合等等。如何降低系统的界面热阻是提升热界面材料导热性能的关键所在，这个问题的解决需要对材料微观结构和性质的进一步研究。 Thanks! 延时符