超越传统:新型氮化硼BN基导热材料TIMs实现低压缩模量与高导热性的完美结合

2024-08-30
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导热界面材料(TIMs)通过有效填补热源与散热器之间的微观空隙,显著提升了热传导效率。尽管当前基于石墨烯、碳纤维及金属等导电性填料的TIMs在导热领域取得了重要突破,但其绝缘性能的不足限制了更广泛的应用场景。传统以Al₂O₃为导热填料的绝缘TIMs,在应对更高热管理需求时显得力不从心。在此背景下,六方氮化硼(BN)因其卓越的导热性能与优异的绝缘特性,成为了开发高效导热界面材料TIMs的热门选择,被视为理想的导热填料/导热粉体/导热剂材料。

然而,以往报道的六方氮化硼BN基复合材料常面临面外导热系数不高或压缩模量偏大的问题,同时,其大规模生产亦面临技术挑战。为解决这些瓶颈,中国科学院宁波材料技术与工程研究所的江南研究员带领功能碳素材料团队,创新性地采用低分子量聚二甲基硅氧烷(PDMS)与大尺寸六方氮化硼(BN)导热填料作为原材料。团队利用先进的辊压固化一体化技术,连续制备出了大尺寸、高粘附性的BN/PDMS复合薄膜。随后,通过精细的叠加、冷压及垂直切割工艺,成功开发出性能卓越的BN基TIMs,其面外导热系数高达12.11 W m⁻¹K⁻¹,同时展现出低压缩模量(55 kPa)及优异的总有效热阻(0.16 ℃ in²W⁻¹, 50 Psi)。

性能测试结果显示,该TIMs相较于市售同类产品,在散热能力上展现出明显优势。具体而言,在40 W cm⁻²的加热功率密度下,搭载该TIMs的陶瓷加热元件稳态温度较商用TIMs降低了7℃。这一研究成果不仅为开发高性能绝缘TIMs积累了宝贵经验,也为电子设备的热管理领域提供了强有力的技术支持,进一步推动了相关技术的产业化进程。该研究成果以“Highly Oriented BN-based TIMs with High Through-plane Thermal Conductivity and Low Compression Modulus”为题,发表在《Materials Horizons》。杨荣杰为论文第一作者,薛晨、虞锦洪共同担任通讯作者。

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