研究一种具有优异的导热性能的石墨烯基热界面材料
来源 | carbon
01背景介绍
随着晶体管密度的增加，先进制程的芯片需要更强大的散热能力来保证电子器件的可靠性。目前，柔性热界面材料(tims)作为tim被用在芯片散热的应用中。在实际应用中，热导率和结构稳定性是tims的两个重要参数。优异的结构稳定性是保证高导热tims在复杂体系中长期运行的前提。传统的tims大多采用硅酮基体和导热填料的复合材料，但这种基体存在固有的工作温度范围窄(<150 ℃)、机械回弹性差等问题限制了材料应用。利用纯碳基tims是一种新兴的方法，可以提高导热性，并在大范围的工作温度下实现结构稳定性。然而，绝大多数碳基tims在变形时的可恢复性较差，甚至不具有变形性，这极大地限制了其实际应用。
02成果掠影
近期，浙江大学高超教授、徐震教授和刘英军教授以及庞凯博士后共同在高导热tim材料的制备取得新的成果。该团队采用水塑性泡沫(hpf)和界面强化方法制备了碳基石墨烯泡沫材料(gfr)作为柔性tim。氧化石墨烯(go)的浸渍增强了gfr内部的界面键合，使其具有优异的结构完整性。它可以在60%的压缩应变下保持10,000次循环后的机械稳定性，并能够维持高达500°c的高温，这在以前的报道中从未实现过。该团队证明了gfr-tim不仅具有很高的结构稳定性，而且具有比大多数商用tims (5-10 w/mk)更高的导热系数(~17.42 w/mk)。gfr-tim可以作为cpu的高效散热组件，与商用tim相比，其散热效率更高。该项工作提供了一种先进的石墨烯基tim，具有优异的环境适应性和抗疲劳性能，扩大了其在极端环境中的应用，如高超声速飞行器、高通量卫星和大功率雷达系统。研究成果以“heterogeneous stacking strategy towards carbon aerogel for thermal management and electromagnetic interference shielding ”为题发表于《chemical engineering journal 》。
03图文导读
图1.tim应用示意图。
图2.(a) gfr制备示意图，(b，c)无氧化石墨烯和有氧化石墨烯胶粘剂的gfr的sem图像，(d)不同密度gfr的光学照片，(e，f) gfr的横切面和纵切面sem图像。
图3.(a) gfr在90%应变压缩循环中的可恢复性和(b)微观结构演变。
图4.gfr的力学性能。
图5.gfr的导热系数和tim性能。
图6.gfr-tim的热管理应用。
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图3.(a) gfr在90%应变压缩循环中的可恢复性和(b)微观结构演变。
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