具有高導(dǎo)熱性和界面適應(yīng)性的可回收BN/環(huán)氧熱界面材料

1 背景介紹

	隨著電子器件向小型化、集成化、大功率密化的方向發(fā)展，對(duì)高效散熱技術(shù)的需求日益迫切。熱界面材料(TIMs)通過(guò)連接熱源和散熱器，可以有效避免過(guò)熱和設(shè)備損壞。最新的TIM不僅要求高熱流密度以適應(yīng)輕量化趨勢(shì)，而且要求可回收性以緩解電子垃圾帶來(lái)的環(huán)境壓力。然而，制備既具有高散熱性能又具有可回收性的TIM仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。



	含有導(dǎo)熱填料的聚合物復(fù)合材料是高性能TIM的可行候選材料。其中氮化硼(BN)填料因其優(yōu)異的各向異性熱輸運(yùn)、介電性能、熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度而受到廣泛關(guān)注。先進(jìn)的BN/聚合物復(fù)合材料主要旨在通過(guò)相互接觸、連續(xù)相、規(guī)則取向或單向組裝來(lái)獲得更高的導(dǎo)熱性。然而，這些方法不僅涉及復(fù)雜的工藝，而且對(duì)粗糙表面的順應(yīng)性仍未得到解決。



	迄今為止，人們已經(jīng)探索了多種策略，包括構(gòu)建夾層結(jié)構(gòu)，降低模量，設(shè)計(jì)微/納米流體，以及使用熱塑性基質(zhì)，以賦予TIM具有適應(yīng)性界面。由于熱塑性材料的彈性變形，在熱塑性復(fù)合材料中，通過(guò)葉片涂布、靜電紡絲、熱壓、拉伸等方法可以很容易地獲得填料的界面柔度和取向。然而，熱塑性塑料相對(duì)較低的力學(xué)性能和較高的熱應(yīng)力不利于其長(zhǎng)期使用。最近，熱固性樹(shù)脂具有低介電常數(shù)和優(yōu)異的熱性能和力學(xué)性能，被認(rèn)為是TIM的理想基材，但其不溶性和不溶性使其難以符合TIM的粗糙表面，難以回收利用。



	





	2 成果掠影


近期，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所的代金月老師針對(duì)開(kāi)發(fā)高導(dǎo)熱以及具有可回收性的TIM取得新進(jìn)展。本研究采用熱壓誘導(dǎo)取向法制備了具有各向異性導(dǎo)熱性和可回收性的高性能BN/環(huán)氧復(fù)合材料，并且具有表面相容性的完全可回收的TIM。結(jié)果表明，僅通過(guò)簡(jiǎn)單的熱壓處理，填充的BN就可以很容易地在平面上取向，導(dǎo)熱系數(shù)為3.85 W/(mK)，BN含量為40 wt %，比原始環(huán)氧樹(shù)脂高30倍，比熱壓處理前的復(fù)合材料高4.3倍。由于優(yōu)越的導(dǎo)熱性和機(jī)械順應(yīng)性，由所制備的復(fù)合材料制成的電子器件的核心溫度比商用硅酮材料低20℃。此外，得益于所合成的環(huán)氧玻璃體的多級(jí)降解機(jī)制，所制備的復(fù)合材料可以在溫和的條件下進(jìn)行高效的化學(xué)回收，BN回收率為96.2%，其他有機(jī)原料的回收率為73.6% ~ 82.4%。這項(xiàng)工作為我們?cè)O(shè)計(jì)可回收和高性能的TIMs提供了一種新的策略。研究成果以“A Full-component recyclable Epoxy/BN thermal interface material with anisotropy high thermal conductivity and interface adaptability ”為題發(fā)表于《Chemical Engineering Journal》。