一种用于电子设备热管理的导热复合材料 | 碳材料大会 | 碳材料展|填料|导热性|碳材料大会|碳材料展|粘合剂|附着力

01 背景介绍

界面在电子封装、热电能量转换、数据中心冷却和可再生能源系统等应用中的热/力传递中起着关键作用。界面材料可以改善粘附和热传导的相容性，以解决界面上的热/力传递问题。然而，随着当前电子器件功率密度的增加和热场景的多样化，以及可穿戴和软电子器件中的振动和弯曲破坏，对界面材料提出了更高的要求(更强的附着力和更高的导热性)。热界面材料(TIMs)可能是解决当前困境的最佳选择之一，可以防止界面的热/力失效。在聚合物中加入导热填料是制备TIMs最简单、最有效的方法。一般来说，为了获得高导热性，需要大量的刚性的导热填料，但高填料加载会导致高模量，从而损害界面的柔韧性导致粘合性能差。

因此，通常在导热性和粘附性之间进行权衡。热导率高但附着力弱的TIMs在反复弯曲、振动和压缩后，可能无法与界面保持紧密接触，造成间隙，传热效率低下。附着力增强的TIMs会与界面形成较强的化学键，有助于降低固体界面之间的接触热阻，从而增强TIMs的导热能力。高附着力也保证了TIMs在恶劣环境下的长期稳定性。因此，由于未来对价格合理且方便的电子设备的需求，粘合剂TIMs将成为电子封装中最有前途的热管理解决方案之一。许多关于TIMs的研究都把附着力作为突破口。例如，填料的取向可以使TIMs在少量填料的情况下获得高导热性和高粘附能。然而，该策略需要复杂的过程，长周期和高精度的要求。因此，开发一种简单而通用的策略来提高导热性和粘附能仍然是一个巨大的挑战。

02 成果掠影

近日，深圳先进电子材料研究院曾小亮团队针对界面上的散热和粘附之间明显矛盾的特性共存的问题取得最新进展。在这项工作中报道了一种热界面材料，由环氧功能化聚二甲基硅氧烷和铝填料组成，具有优异的界面热/力传递能力。该材料的导热系数为3.46 W/mK，粘附能为1.17 kJ/m2。利用两种粘弹性模型，优异的界面力传递能力归因于通过引入硼酸酯键和铝填料网络的分层能量耗散。一个简单的动力学键模型表明，硼酸酯键增加了分子链段的迁移率，允许在脱键界面上充分延伸，从而实现应力分散和有效的能量耗散。铝填料网不仅有利于热传递，而且在填料网破坏过程中，由于填料之间的粘结断裂而造成的机械能也会消散。当这种热界面材料应用于柔性发光二极管和大功率芯片时，进一步证明了其优异的散热性和机械稳定性。这项工作为平衡界面热和力传递提供了一种新的策略。研究成果以“Design of Thermal Interface Materials with ExcellentInterfacial Heat/Force Transfer Ability via HierarchicalEnergy Dissipation”为题发表在《Advanced Functional Materials》。