Progresso da pesquisa de materiais de interface térmica

Os materiais de interface térmica são compostos principalmente de cargas e polímeros termicamente condutores. A adição de enchimento termicamente condutor melhora a condutividade térmica do polímero, ao mesmo tempo que mantém a boa flexibilidade, baixo custo e fácil processamento e vantagens de moldagem do polímero'. A condutividade térmica do material de interface térmica depende da fração de enchimento. Quando a fração de enchimento é insuficiente, as partículas individuais dispersas não podem entrar em contato com as partículas adjacentes (Figura 5 (a)), e a rede de partículas termicamente condutoras não pode ser formada. Quando a fração de enchimento atinge um determinado nível (limiar de percolação), uma rede térmica contínua começa a se formar (Figura 5 (b)), de modo que a condutividade térmica do compósito de polímero aumente exponencialmente.

No entanto, como preparar uma condutividade térmica de mais de 20 W / mK e um valor de resistência térmica da interface de menos de 0,01 Kcm2 / W ainda é um grande desafio. Em resposta a essa dificuldade, sob o financiamento do National Key R&& D Program-Strategic Advanced Electronic Materials Key Project, liderado pelo pesquisador Sun Rong, Instituto de Tecnologia Avançada de Shenzhen, Academia Chinesa de Ciências e Shanghai Jiaotong University, Southeast University, Tongji University e Suzhou Nano, Chinese Academy of Sciences. O Institute of Technology and Nano-Bionics, Ningbo Institute of Materials, Chinese Academy of Sciences e Shanghai University realizaram o projeto molecular de materiais de interface térmica de alto desempenho, medição em micro-nanoescala da resistência térmica da interface e cálculo e simulação do mecanismo de acoplamento acústico-eletrônico na interface para desenvolver material de interface térmica de alto desempenho. Com base nisso, o material de interface térmica preparado é aplicado a dispositivos eletrônicos de alta densidade de potência e sua aplicação típica em dispositivos eletrônicos de alta densidade de potência é verificada.

Cerâmica também possui alta condutividade térmica e excelente isolamento elétrico, o que é especialmente adequado para áreas que requerem isolamento elétrico. Entre as cargas cerâmicas relatadas, o nitreto de boro (BN) tem uma condutividade térmica muito alta e está se tornando o objeto de pesquisa mais atraente em aplicações de gerenciamento térmico. Em 2017, Zhang et al. preparou a membrana h-BN a tempo por filtração a vácuo e infiltrou o polímero solúvel em água álcool polivinílico no h-BN para formar um material compósito h-BN / álcool polivinílico. O processo de preparação é mostrado na Figura 6 (a). Quando o conteúdo de h-BN é 27 vol%, a condutividade térmica máxima no plano e fora do plano pode atingir 8,44 W / m · K e 1,63 W / m · K, respectivamente (Figura 6 (b)). Além disso, Yu et al. preparou compósitos h-BN / poliuretano termoplástico usando prensagem a quente a vácuo. Quando o conteúdo de h-BN é 95% em peso, a condutividade térmica no plano do material compósito é tão alta quanto 50,3 W / m · K, o que é consistente com os resultados relatados por Fu et al.

Os metais têm alta condutividade térmica intrínseca devido ao uso de elétrons como transportadores de calor e se tornaram um enchimento termicamente condutor comumente usado para materiais de interface térmica. Por exemplo, Xu et al. usou o método de eletrodeposição para preparar uma rede condutora térmica de Ag altamente orientada. O material de interface térmica por ele preparado tem uma condutividade térmica de 30,3 W / m · K, que é muito superior ao compósito polimérico preparado pelo método de dispersão aleatória (1,4 W / m · K). Wang et al. descobriram que, com o mesmo conteúdo de enchimento (0,9% em peso), os nanofios de cobre têm uma capacidade maior de melhorar a condutividade térmica dos polímeros do que os nanofios de prata. Além disso, é muito importante como reduzir a resistência térmica da interface entre o metal e o polímero. Melhorar a modificação de moléculas orgânicas ou cargas inorgânicas na superfície do metal pode aumentar a força de interação entre o metal e o polímero e, em seguida, reduzir a interface entre o metal e o polímero. Resistência térmica, melhora a condutividade térmica dos compósitos poliméricos. Além disso, Jeong et al. introduziu recentemente o conceito de filler de metal líquido na matriz do PDMS, a fim de criar um corpo termoelástico com alta condutividade térmica, elasticidade e extensibilidade. Há outra direção importante de pesquisa de materiais de interface térmica à base de metal - materiais de interface térmica à base de metal contínua. Por exemplo, ligas baseadas em Sn-Ag-Cu ou Sn-Bi podem ser usadas como soldas sem chumbo padrão em embalagens eletrônicas e são frequentemente usadas como materiais de interface térmica. Suas vantagens são alta condutividade térmica, baixa resistência térmica de interface, alta confiabilidade e baixo custo. O metal líquido é um material de interface térmica que tem atraído muita atenção nos últimos anos. Seu principal componente é o gálio metálico (Ga) e suas ligas. Tem as vantagens de baixo ponto de fusão, boa molhabilidade com cavacos e baixa resistência térmica da interface. No entanto, como evitar que ele transborde é o maior problema e desafio para materiais de interface térmica à base de metal líquido.