具有高阻尼特性的高导热凝胶,柔性电子散热新途径

2022-12-14
来源:金戈新材官网

随着5G、新能源汽车的发展,过热和不可避免的振动已成为严重威胁芯片(如CPU和GPU)可靠性的两个重要因素。为了消除复杂的振动干扰,迫切需要开发兼具高效散热与减震的新一代的导热界面材料(导热凝胶、超软导热硅胶片等)。然而,材料的导热和阻尼特性通常是相互关联和耦合的。

高导热和高阻尼复合凝胶的分子结构设计策略。.png

受麦克斯韦理论和壁虎刚毛粘附机制的启发,中国科学院深圳先进技术研究院孙蓉团队和南昌大学杜国平团队合作研究了一种聚二甲基硅氧烷(PDMS)基导热凝胶,通过在PDMS网络中引入悬挂链,集成了高热导率和显著的阻尼特性。该PDMS/Al导热凝胶可获得对分子弛豫时间的多尺度控制,从而对能量分级耗散进行多级调控。弛豫时间的扩宽和动态相互作用的协同效应使复合导热凝胶在宽频率(0.01~100 Hz)和温度范围(–50~150 °C)范围内表现优异的阻尼性能(tan δ > 0.3)。类似于壁虎的足掌微毛结构,短的悬挂链结构通过范德华相互作用可改善PDMS和Al填料之间的粗糙界面,而表现高热导率(4.72±0.04 W/m·K)。

复合凝胶的减震和振动阻尼性能。.png

本研究证明了该导热凝胶作为热界面材料在芯片热管理应用中的散热效率是目前商用TIMs(导热界面材料)的2.1倍,同时也证实了在剧烈振动(10Hz振动频率)下运行的芯片仍然表现出高效稳定散热能力。最后,本研究实现了该导热凝胶在黏度和可加工性之间的平衡,完美展现了该PDMS/Al导热凝胶的点胶工艺,在柔性可穿戴设备、智能网联汽车等领域有着巨大潜力应用价值。

高导热复合凝胶作为热界面材料的芯片热管理应用.png

本篇文章的研究团队认为该项工作为制备用于柔性电子产品的高导热和高阻尼导热凝胶开辟了一条新的途径。该研究成果「High Thermal Conductivity and Remarkable Damping Composite Gels as Thermal Interface Materials for Heat Dissipation of Chip」发表于全球新锐综合性研究期刊Chip,丁声昌和范剑锋为共同第一作者。

从上述介绍可知,该研究成果制备的导热凝胶以Al为填料,电绝缘性能可能无法得到保证。那么,如何制备绝缘性能更好的高导热凝胶呢?金戈新材推荐试用GD-S613A、GD-S653A等导热粉体作为高导热凝胶的填料,以下是导热粉体在凝胶(单组份)配方中的应用举例(不代表最终应用数据,供参考)。

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下图是由GD-S613A导热粉体制备的凝胶分别垂直放置在高温150℃,烘烤1000h)、及冷热冲击(-40~125℃,循环200次)后的状态:铝板内的导热凝胶仅轻微开裂,无渗油、无滑移、无变干粉化现象。

导热凝胶150℃,1000h高温老化测试.png图片

想知道更多我司导热粉体的应用建议,欢迎致电0757-87572711/87572700。金戈新材可根据您的需求,提供定制化导热阻燃解决方案。

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