青島科技大學(xué)液界熱道團(tuán)隊(duì)在熱界面材料研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展

隨著人工智能(AI)、電子信息等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，芯片(CPU/GPU)等微處理器的散熱問(wèn)題日益凸顯，成為制約技術(shù)進(jìn)步的瓶頸之一。熱界面材料(TIMs)是熱管理系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其性能直接影響電子設(shè)備的散熱效率與運(yùn)行可靠性。當(dāng)前，熱界面材料的研究重點(diǎn)聚焦于通過(guò)將功能性填料分散到聚合物基體中以提升其導(dǎo)熱性能，如何有效降低界面熱阻、提升傳熱效率已成為導(dǎo)熱材料領(lǐng)域亟待攻克的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

近日，青島科技大學(xué)液界熱道學(xué)生團(tuán)隊(duì)成功將電場(chǎng)取向技術(shù)應(yīng)用到熱界面材料制備中，成功改善了現(xiàn)存熱界面材料存在的痛點(diǎn)問(wèn)題，制備出熱導(dǎo)率高、柔性強(qiáng)且絕緣性能強(qiáng)的熱界面材料。相關(guān)成果以“Preparation of PANI/CuPc/PDMS Composite Elastomer with High Dielectric Constant and Low Modulus Assisted by Electric Fields”為題發(fā)表于國(guó)際著名期刊《Polymers》（中科院二區(qū)，影響因子4.7）上，兩項(xiàng)專利《一種通過(guò)電場(chǎng)誘導(dǎo)離子液體取向提高聚合物復(fù)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(zhì)材料的制備方法》

圖1 外加電場(chǎng)取向過(guò)程

團(tuán)隊(duì)通過(guò)在基體兩側(cè)施加電壓，主動(dòng)形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，使得填充量減少到了25%。

圖2 外加電場(chǎng)實(shí)驗(yàn)制備過(guò)程圖。

與此同時(shí)，在外加電場(chǎng)輔助基礎(chǔ)上，結(jié)合仿生學(xué)思想，在體系中引入離子液體，誘導(dǎo)填料極化，取向結(jié)構(gòu)更加完整。再選擇更高熱導(dǎo)率的液態(tài)金屬替換離子液體，用機(jī)械化學(xué)方法將鎵-銦-錫液態(tài)金屬（LM）鍵合至Al?O?表面，再進(jìn)行電場(chǎng)取向。最終得到熱導(dǎo)率為23W/m·K的熱界面材料，提升了131倍。

圖4 固-液異質(zhì)粒子Al?O?-LM在高壓交流電場(chǎng)下的行為示意圖：(a)

圖5 純PDMS/兩項(xiàng)/三相熱界面材料熱導(dǎo)率對(duì)比圖。

通過(guò)建立固-液界面與取向結(jié)構(gòu)對(duì)高效導(dǎo)熱性能的影響機(jī)制，揭示取向結(jié)構(gòu)在降低界面熱阻、促進(jìn)熱量定向傳輸方面的關(guān)鍵作用，為構(gòu)筑導(dǎo)熱微納通道開(kāi)辟新途徑，從而科學(xué)指導(dǎo)新型高導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備。同時(shí)，該項(xiàng)研究拓展了高壓交流電場(chǎng)在異質(zhì)粒子體系中的應(yīng)用，優(yōu)化熱傳導(dǎo)路徑并提升介電性能，構(gòu)筑兼具高導(dǎo)熱和高介電性能的復(fù)合材料，為高導(dǎo)熱、高介電復(fù)合材料的理論研究和實(shí)際應(yīng)用提供了重要支撐。