六方氮化硼 (h-BN) 面内导热系数约400W/(m·K)，通过引导h-BN填料在轴向上取向来优化结构化热传导路径，是制备轴向高导热界面材料（TIMs）的途径。利用氮化硼薄片在聚合物中获得高度垂直定向的氮化硼结构的方法有多种，如电场、磁场、膨胀流辅助方法、3D打印法、叠切法、冷铸法。然而，BN片的垂直取向度仍较差，限制了BN-聚合物复合材料的面外导热系数。据早前研究所知，在h-BN负载高达62.6vol%的情况下，通过磁场辅助方法，取向TIM的最高通平面导热系数TC仅为12.1W/(m·K)，更严重的是，过高的填充物含量降低了材料的柔软性和回弹性，在实际应用中会阻碍芯片与散热器之间的热传导。
为了实现高度的定向，在制造过程中需要很大的外力来克服BN片的跃迁能垒，但BN片与聚合物分子摩擦产生的高粘度限制了其沿外力方向的旋转和定向。因此，大多数研究采用大尺寸BN，加大外力，多外力协同作用来优化垂直方向。然而，由于目前还没有关于BN膜填充聚合物复合材料的系统工作，因此对其通面热导率仍然是未知的。
对此，近期，北京大学白树林老师针对解决现代电气器件散热用的具有高面外导热系数，优异的柔软性和电绝缘性对的TIMs取得最新进展。该团队采用简单的叠层切割方法制备了垂直取向氮化硼纳米片（BNF）填充硅橡胶(SR)复合材料，该方法保持了BN纳米片的高取向度，获得了目前为止，在低BN含量(37 vol%)下，面外导热系数达到19.1 W/(m·K)的纪录，同时热阻低至0.95cm2K/W(1mm)，压缩模量为5.42 MPa，回弹率为78.3%%的TIMs复合材料。此外，热管理性能测试表明，采用该复合材料作为TIMs的冷却效率优于商用微电子散热垫。该研究成果以“Highly thermallyconductive and soft thermal interface materials based on vertically orientedfilm”为题发表在《Composites Part B: Engineering》。
原文 | https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2024.111219