1. 成果簡(jiǎn)介
電子器件向小型化和高功率方向迅速發(fā)展，散熱已成為制約其進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。而熱導(dǎo)率和接觸熱阻可調(diào)是實(shí)現(xiàn)電子器件高效熱管理的關(guān)鍵。來(lái)自上海先進(jìn)熱功能材料工程技術(shù)研究中心的研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一款兼具上述性能的低熔點(diǎn)合金/石蠟/烯烴嵌段共聚物熱界面材料（LMA/PA/OBC）。電子器件工作時(shí)溫度會(huì)逐漸升高，低熔點(diǎn)合金和石蠟發(fā)生相變，接觸熱阻顯著降低。另一方面，液相低熔點(diǎn)合金顆粒會(huì)相互連接，構(gòu)筑有效的熱傳導(dǎo)路徑，明顯提高了熱界面材料的熱輸運(yùn)性能。此外，本文還研究了 LMA/PA/OBC 在兩種不同溫度（30℃/50℃）下的熱導(dǎo)率以及溫度/壓力對(duì)接觸熱阻的影響。結(jié)果表明，溫度從30℃升高到50℃，LMA/PA/OBC（90 Wt% LMA）的導(dǎo)熱系數(shù)從0.99 W
m-1 K-1增加到1.87
W m-1 K-1。LMA/PA/OBC（90 Wt% LMA）的熱接觸電阻降低到0.024 Kcm2/W（60℃，40 Psi）。散熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了接觸熱阻隨溫度的升高而降低。
2. 圖文導(dǎo)讀
圖1 圖文簡(jiǎn)介
圖2 LMA/PA/OBC熱界面材料的制備過(guò)程及其表征
圖3 LMA/PA/OBC的熱導(dǎo)率隨溫度的變化關(guān)系
圖4 LMA/PA/OBC 的接觸熱阻隨溫度的變化關(guān)系
圖5 LMA/PA/OBC 的接觸熱阻隨壓力的變化關(guān)系
圖6 LMA/PA/OBC的散熱效果對(duì)比與分析結(jié)果
3. 小結(jié)
本文提出了一種溫度調(diào)控?zé)釋?dǎo)率和接觸熱阻的LMA/PA/OBC熱界面材料。電子器件工作時(shí)溫度會(huì)逐漸升高，低熔點(diǎn)合金和石蠟發(fā)生相變，導(dǎo)致界面熱阻顯著降低。同時(shí)液相LMA顆粒間會(huì)發(fā)生相互連接，構(gòu)筑了有效的熱傳導(dǎo)路徑，提高了熱輸運(yùn)性能。OBC作為支撐材料，防止相變材料泄漏。
溫度為30℃時(shí)，LMA/PA/OBC的熱導(dǎo)率隨LMA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加。當(dāng)LMA的加入量小于60 wt%時(shí)，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)僅略有增加，保持在0.5 W m-1 K-1左右。然而，當(dāng)LMA的添加量大于60 wt%時(shí)，LMA/PA/OBC的熱導(dǎo)率將逐漸提高（0.99 W m-1 K-1）。此外，溫度為50℃時(shí)，固體LMA顆粒發(fā)生相變，成為熔融LMA顆粒。當(dāng)LMA的添加量大于60 wt%時(shí)，大量熔融LMA顆粒間會(huì)發(fā)生連接，LMA/PA/OBC的導(dǎo)熱系數(shù)顯著增加（1.87 W m-1 K-1）。隨著溫度的升高，TCR逐漸降低。特別是當(dāng)溫度高于LMA的熔點(diǎn)時(shí)，TCR將急劇下降至0.024 Kcm2/W。此外，LMA/PA/OBC的散熱效果也證實(shí)了TCR隨溫度的升高而降低。
以上成果發(fā)表在International
Journal of Thermal Sciences期刊上，邵陽(yáng)學(xué)院劉長(zhǎng)青為第一作者，上海第二工業(yè)大學(xué)能源與材料工程學(xué)院徐海萍教授、于偉教授為共同通訊作者。Title：Temperature adjustable thermal conductivity and thermal contact
resistance for liquid metal/paraffin/olefin block copolymer interface material,
International Journal of Thermal Sciences, 2022, 179: 107679.