青島科技大學液界熱道團隊在熱界面材料研究領域取得新進展

隨著人工智能(AI)、電子信息等領域的迅猛發展，芯片(CPU/GPU)等微處理器的散熱問題日益凸顯，成為制約技術進步的瓶頸之一。熱界面材料(TIMs)是熱管理系統的關鍵組成部分，其性能直接影響電子設備的散熱效率與運行可靠性。當前，熱界面材料的研究重點聚焦于通過將功能性填料分散到聚合物基體中以提升其導熱性能，如何有效降低界面熱阻、提升傳熱效率已成為導熱材料領域亟待攻克的關鍵科學問題。

近日，青島科技大學液界熱道學生團隊成功將電場取向技術應用到熱界面材料制備中，成功改善了現存熱界面材料存在的痛點問題，制備出熱導率高、柔性強且絕緣性能強的熱界面材料。相關成果以“Preparation of PANI/CuPc/PDMS Composite Elastomer with High Dielectric Constant and Low Modulus Assisted by Electric Fields”為題發表于國際著名期刊《Polymers》（中科院二區，影響因子4.7）上，兩項專利《一種通過電場誘導離子液體取向提高聚合物復合膜介電性能的方法》《一種離子液體輔助功能填料取向的電介質材料的制備方法》

圖1 外加電場取向過程

團隊通過在基體兩側施加電壓，主動形成導熱網絡，使得填充量減少到了25%。

圖2 外加電場實驗制備過程圖。

與此同時，在外加電場輔助基礎上，結合仿生學思想，在體系中引入離子液體，誘導填料極化，取向結構更加完整。再選擇更高熱導率的液態金屬替換離子液體，用機械化學方法將鎵-銦-錫液態金屬（LM）鍵合至Al?O?表面，再進行電場取向。最終得到熱導率為23W/m·K的熱界面材料，提升了131倍。

圖4 固-液異質粒子Al?O?-LM在高壓交流電場下的行為示意圖：(a)

圖5 純PDMS/兩項/三相熱界面材料熱導率對比圖。

通過建立固-液界面與取向結構對高效導熱性能的影響機制，揭示取向結構在降低界面熱阻、促進熱量定向傳輸方面的關鍵作用，為構筑導熱微納通道開辟新途徑，從而科學指導新型高導熱復合材料的制備。同時，該項研究拓展了高壓交流電場在異質粒子體系中的應用，優化熱傳導路徑并提升介電性能，構筑兼具高導熱和高介電性能的復合材料，為高導熱、高介電復合材料的理論研究和實際應用提供了重要支撐。