1. 成果簡介
電子器件向小型化和高功率方向迅速發(fā)展，散熱已成為制約其進一步發(fā)展的瓶頸問題。而熱導率和接觸熱阻可調(diào)是實現(xiàn)電子器件高效熱管理的關鍵。來自上海先進熱功能材料工程技術研究中心的研發(fā)團隊設計了一款兼具上述性能的低熔點合金/石蠟/烯烴嵌段共聚物熱界面材料（LMA/PA/OBC）。電子器件工作時溫度會逐漸升高，低熔點合金和石蠟發(fā)生相變，接觸熱阻顯著降低。另一方面，液相低熔點合金顆粒會相互連接，構筑有效的熱傳導路徑，明顯提高了熱界面材料的熱輸運性能。此外，本文還研究了 LMA/PA/OBC 在兩種不同溫度（30℃/50℃）下的熱導率以及溫度/壓力對接觸熱阻的影響。結果表明，溫度從30℃升高到50℃，LMA/PA/OBC（90 Wt% LMA）的導熱系數(shù)從0.99 W
m-1 K-1增加到1.87
W m-1 K-1。LMA/PA/OBC（90 Wt% LMA）的熱接觸電阻降低到0.024 Kcm2/W（60℃，40 Psi）。散熱實驗結果也證實了接觸熱阻隨溫度的升高而降低。
2. 圖文導讀
圖1 圖文簡介
圖2 LMA/PA/OBC熱界面材料的制備過程及其表征
圖3 LMA/PA/OBC的熱導率隨溫度的變化關系
圖4 LMA/PA/OBC 的接觸熱阻隨溫度的變化關系
圖5 LMA/PA/OBC 的接觸熱阻隨壓力的變化關系
圖6 LMA/PA/OBC的散熱效果對比與分析結果
3. 小結
本文提出了一種溫度調(diào)控熱導率和接觸熱阻的LMA/PA/OBC熱界面材料。電子器件工作時溫度會逐漸升高，低熔點合金和石蠟發(fā)生相變，導致界面熱阻顯著降低。同時液相LMA顆粒間會發(fā)生相互連接，構筑了有效的熱傳導路徑，提高了熱輸運性能。OBC作為支撐材料，防止相變材料泄漏。
溫度為30℃時，LMA/PA/OBC的熱導率隨LMA質(zhì)量分數(shù)的增加而增加。當LMA的加入量小于60 wt%時，復合材料的導熱系數(shù)僅略有增加，保持在0.5 W m-1 K-1左右。然而，當LMA的添加量大于60 wt%時，LMA/PA/OBC的熱導率將逐漸提高（0.99 W m-1 K-1）。此外，溫度為50℃時，固體LMA顆粒發(fā)生相變，成為熔融LMA顆粒。當LMA的添加量大于60 wt%時，大量熔融LMA顆粒間會發(fā)生連接，LMA/PA/OBC的導熱系數(shù)顯著增加（1.87 W m-1 K-1）。隨著溫度的升高，TCR逐漸降低。特別是當溫度高于LMA的熔點時，TCR將急劇下降至0.024 Kcm2/W。此外，LMA/PA/OBC的散熱效果也證實了TCR隨溫度的升高而降低。
以上成果發(fā)表在International
Journal of Thermal Sciences期刊上，邵陽學院劉長青為第一作者，上海第二工業(yè)大學能源與材料工程學院徐海萍教授、于偉教授為共同通訊作者。Title：Temperature adjustable thermal conductivity and thermal contact
resistance for liquid metal/paraffin/olefin block copolymer interface material,
International Journal of Thermal Sciences, 2022, 179: 107679.