Progreso de la investigación de materiales de interfaz térmica
Los materiales de interfaz térmica se componen principalmente de rellenos y polímeros térmicamente conductores. La adición de relleno termoconductor mejora la conductividad térmica del polímero, al tiempo que retiene la buena flexibilidad, el bajo costo y las ventajas de moldeo y procesamiento del polímero &. La conductividad térmica del material de interfaz térmica depende de la fracción de relleno. Cuando la fracción de relleno es insuficiente, las partículas individuales dispersas no pueden entrar en contacto con las partículas adyacentes (Figura 5 (a)) y no se puede formar la red de partículas térmicamente conductoras. Cuando la fracción de relleno alcanza un cierto nivel (umbral de percolación), comienza a formarse una red térmica continua (Figura 5 (b)), de modo que la conductividad térmica del compuesto polimérico aumentará exponencialmente.
Sin embargo, cómo preparar una conductividad térmica de más de 20 W / mK y un valor de resistencia térmica de interfaz de menos de 0,01 Kcm2 / W sigue siendo un gran desafío. En respuesta a esta dificultad, bajo la financiación del Proyecto Especial Clave de Materiales Electrónicos Avanzados Estratégicos del Programa Nacional Key R& D, dirigido por el investigador Sun Rong, el Instituto de Tecnología Avanzada de Shenzhen, la Academia de Ciencias de China y Shanghai Jiaotong Universidad, Universidad del Sudeste, Universidad de Tongji y Suzhou Nano, Academia de Ciencias de China El Instituto de Tecnología y Nano-Biónica, el Instituto de Materiales de Ningbo, la Academia de Ciencias de China y la Universidad de Shanghai han llevado a cabo el diseño molecular de materiales de interfaz térmica de alto rendimiento. medición a micro-nanoescala de la resistencia térmica de la interfaz, y cálculo y simulación del mecanismo de acoplamiento acústico-electrónico en la interfaz para desarrollar material de interfaz térmica de alto rendimiento. Sobre esta base, el material de interfaz térmica preparado se aplica a dispositivos electrónicos de alta densidad de potencia y se verifica su aplicación típica en dispositivos electrónicos de alta densidad de potencia.
Las cerámicas también tienen una alta conductividad térmica y un excelente aislamiento eléctrico, lo que es especialmente adecuado para áreas que requieren aislamiento eléctrico. Entre los rellenos cerámicos que se han informado, el nitruro de boro (BN) tiene una conductividad térmica muy alta y se está convirtiendo en el objeto de investigación más atractivo en aplicaciones de gestión térmica. En 2017, Zhang et al. preparó la membrana de h-BN a tiempo mediante filtración al vacío, e infiltró el polímero de alcohol polivinílico soluble en agua en el h-BN para formar un material compuesto de h-BN / alcohol polivinílico. El proceso de preparación se muestra en la Figura 6 (a). Cuando el contenido de h-BN es 27% en volumen, la conductividad térmica máxima en el plano y fuera del plano puede alcanzar 8,44 W / m · K y 1,63 W / m · K, respectivamente (Figura 6 (b)). Además, Yu et al. preparó compuestos de poliuretano termoplástico / h-BN mediante prensado en caliente al vacío. Cuando el contenido de h-BN es del 95% en peso, la conductividad térmica en el plano del material compuesto es tan alta como 50,3 W / m · K, lo cual es consistente con los resultados reportados por Fu et al.
Los metales tienen una alta conductividad térmica intrínseca debido al uso de electrones como portadores de calor, y se han convertido en un relleno conductor térmico comúnmente utilizado para materiales de interfaz térmica. Por ejemplo, Xu et al. utilizó el método de electrodeposición para preparar una red conductora térmica de Ag altamente orientada. El material de interfaz térmica preparado por él tiene una conductividad térmica de 30,3 W / m · K, que es mucho más alta que el compuesto de polímero preparado por el método de dispersión aleatoria (1,4 W / m · K). Wang y col. encontraron que con el mismo contenido de relleno (0,9% en peso), los nanocables de cobre tienen una mayor capacidad para mejorar la conductividad térmica de los polímeros que los nanocables de plata. Además, es muy importante cómo reducir la resistencia térmica de la interfaz entre el metal y el polímero. Mejorar la modificación de moléculas orgánicas o cargas inorgánicas en la superficie del metal puede aumentar la fuerza de interacción entre el metal y el polímero y luego reducir la interfaz entre el metal y el polímero. Resistencia térmica, mejora la conductividad térmica de los compuestos poliméricos. Además, Jeong et al. introdujo recientemente el concepto de relleno de metal líquido en la matriz PDMS con el fin de crear un cuerpo termoelástico con alta conductividad térmica, elasticidad y capacidad de estiramiento. Existe otra importante dirección de investigación de los materiales de interfaz térmica a base de metal: los materiales de interfaz térmica continua a base de metal. Por ejemplo, las aleaciones a base de Sn-Ag-Cu o Sn-Bi se pueden utilizar como soldaduras sin plomo estándar en envases electrónicos y, a menudo, se utilizan como materiales de interfaz térmica. Sus ventajas son alta conductividad térmica, baja resistencia térmica de interfaz, alta confiabilidad y bajo costo. El metal líquido es un material de interfaz térmica que ha atraído mucha atención en los últimos años. Su componente principal es el galio metálico (Ga) y sus aleaciones. Tiene las ventajas de un bajo punto de fusión, buena humectabilidad con virutas y baja resistencia térmica de interfaz. Sin embargo, cómo evitar que se desborde es el mayor problema y desafío para los materiales de interfaz térmica a base de metal líquido.
