深圳先進院汪正平院士團隊在高導熱復合材料研究中取得新進展

       隨著電子產品向小型化、高性能化及高度集成方向發展，電子產品散熱能力差的缺點也就日益突出。聚合物基熱界面材料是解決電子產品散熱問題的重要部分。

       近日，來自中國科學院深圳先進技術研究院，由汪正平院士和孫蓉研究員領導的先進封裝材料創新團隊的曾小亮博士及其研究生潘桂然通過研究發現影響聚合物基復合材料導熱性能的因素主要有兩種：1、填料之間的界面作用力，填料之間作用力越強，接觸越充分，填料之間形成的導熱通路就越多，散熱效率就越高；2、填料的取向，填料之間形成層層堆疊的微觀結構可以在單向形成散熱途徑，提高散熱效率。有效的結合這兩個因素可以制備出具有高導熱性能的聚合物基界面材料。

       自然界中的生物為了生存，通過千萬年的優勝略汰會把自身的組織進化到“最強悍”的狀態。例如，天然貝殼的微觀結構就非常有趣，一眼看上去就像是層層排列的磚墻，這種獨特的微觀結構使得貝殼具有良好的機械強度，可以更好的抵御海浪的拍打與沖刷。受天然貝殼的啟發，曾小亮課題組利用具有二維結構的片狀氧化鋁為填料來仿制天然貝殼的微觀結構從而高強度的復合材料。結合影響復合材料導熱性能的影響因素，曾小亮課題組利用化學還原法使得硝酸銀中的銀離子還原，然后沉積到改性后的氧化鋁片表面制得雜化粒子，然后使雜化填料與環氧樹脂高分子基進行混合，通過熱壓工藝對片狀的氧化鋁進行微觀取向，最后得到所需的復合材料。

       還原得到的銀離子是納米級的，在經過高溫固化時會發生熔融使得臨近的氧化鋁片橋聯在一起提高了填料之間的界面作用力，降低了材料之間的界面熱阻，從而使復合材料達到高的傳熱效率。

▲ 復合材料導熱系數隨銀粒子含量和雜化填料含量的變化

       改性后的氧化鋁填料與環氧樹脂基體之間作用力更強從而形成了“磚-泥”結構，大幅度提升了復合材料的機械性能。在外力作用下，氧化鋁片表面的銀粒子凸起增加了填料之間相對滑動的粗糙度，提高了復合材料的拉伸強度。此外，熔融的銀粒子使填料之間緊密連接形成框架也有助于提高復合材料的機械性能。

▲ 復合材料機械性能的表征

       該研究的意義在于為制備高導熱復合材料提供了新的設計理念和合成方法，并且價格低廉，操作簡單，為電子產品的熱管理提供了參考。

全文鏈接：

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b10115

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