研究一種具有優(yōu)異的導熱性能的石墨烯基熱界面材料

來源|Carbon

01背景介紹

隨著晶體管密度的增加，先進制程的芯片需要更強大的散熱能力來保證電子器件的可靠性。目前，柔性熱界面材料(TIMs)作為TIM被用在芯片散熱的應用中。在實際應用中，熱導率和結構穩(wěn)定性是TIMs的兩個重要參數(shù)。優(yōu)異的結構穩(wěn)定性是保證高導熱TIMs在復雜體系中長期運行的前提。傳統(tǒng)的TIMs大多采用硅酮基體和導熱填料的復合材料，但這種基體存在固有的工作溫度范圍窄(<150 ℃)、機械回彈性差等問題限制了材料應用。利用純碳基TIMs是一種新興的方法，可以提高導熱性，并在大范圍的工作溫度下實現(xiàn)結構穩(wěn)定性。然而，絕大多數(shù)碳基TIMs在變形時的可恢復性較差，甚至不具有變形性，這極大地限制了其實際應用。

02成果掠影

近期，浙江大學高超教授、徐震教授和劉英軍教授以及龐凱博士后共同在高導熱TIM材料的制備取得新的成果。該團隊采用水塑性泡沫(HPF)和界面強化方法制備了碳基石墨烯泡沫材料(GFR)作為柔性TIM。氧化石墨烯(GO)的浸漬增強了GFR內(nèi)部的界面鍵合，使其具有優(yōu)異的結構完整性。它可以在60%的壓縮應變下保持10,000次循環(huán)后的機械穩(wěn)定性，并能夠維持高達500°C的高溫，這在以前的報道中從未實現(xiàn)過。該團隊證明了GFR-TIM不僅具有很高的結構穩(wěn)定性，而且具有比大多數(shù)商用TIMs (5-10 W/mK)更高的導熱系數(shù)(~17.42 W/mK)。GFR-TIM可以作為CPU的高效散熱組件，與商用TIM相比，其散熱效率更高。該項工作提供了一種先進的石墨烯基TIM，具有優(yōu)異的環(huán)境適應性和抗疲勞性能，擴大了其在極端環(huán)境中的應用，如高超聲速飛行器、高通量衛(wèi)星和大功率雷達系統(tǒng)。研究成果以“Heterogeneous stacking strategy towards carbon aerogel for thermal management and electromagnetic interference shielding ”為題發(fā)表于《Chemical Engineering Journal 》。

03圖文導讀

圖1.TIM應用示意圖。

圖2.(a) GFR制備示意圖，(b，c)無氧化石墨烯和有氧化石墨烯膠粘劑的GFR的SEM圖像，(d)不同密度GFR的光學照片，(e，f) GFR的橫切面和縱切面SEM圖像。

圖3.(a) GFR在90%應變壓縮循環(huán)中的可恢復性和(b)微觀結構演變。

圖4.GFR的力學性能。

圖5.GFR的導熱系數(shù)和TIM性能。

圖6.GFR-TIM的熱管理應用。

審核編輯：湯梓紅