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宁波材料所《AFM》:基于垂直排列、共价键接石墨烯纳米墙的柔性自黏热界面材料

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放大字体  缩小字体    发布日期:2021-07-02  浏览次数:211
核心提示:随着集成电路和电子器件功率和封装密度的不断增加,如何通过高性能热界面材料将多余的热量从“热点”快速传输到热沉已经成为维持电子系统性能和可靠性的关键。近年来,由于石墨烯超高的本征热导率,石墨烯基热界面材料广为人们所关注。
  随着集成电路和电子器件功率和封装密度的不断增加,如何通过高性能热界面材料将多余的热量从“热点”快速传输到热沉已经成为维持电子系统性能和可靠性的关键。近年来,由于石墨烯超高的本征热导率,石墨烯基热界面材料广为人们所关注。但是,石墨烯在剥离制备的过程中产生的大量缺陷、石墨烯在高分子基体中的不良排列、以及石墨烯片层之间或石墨烯与基体之间存在的强烈的声子散射等问题都极大的限制了石墨烯基热界面材料热导率的提高。尽管研究者们做了大量的工作,但是,目前仍然缺乏可以同时克服上述所有技术难题的方法,即同时实现高质量石墨烯纳米片在高分子基体中的共价键接和高顺向垂直排列。
 
  近日,中科院宁波材料所林正得研究员、南方科技大学邬苏东副教授、湖南大学陈鼎教授(共同通讯作者)等人利用具有自主知识产权的中压等离子体化学气相沉积(CVD)系统,快速生长出厚度可达120 ?m的垂直排列、共价键接的石墨烯纳米墙(GNWs),并通过旋涂的方法将之与PDMS复合,制备出柔性自黏的石墨烯基热界面材料。
 
  GNWs有效的实现了高质量石墨烯、垂直排列和共价键接三要素的有机结合,从而表现出极强的导热增强能力:当石墨烯的含量仅为 5.6 wt%时,热界面材料的纵向热导率可达20.4 W m-1K-1,每1 wt%含量石墨烯对基体热导率的提升幅度可以达到2006%。超低的石墨烯添加量不会破坏PDMS良好的可压缩性能和自黏性能,从而利于实际使用过程中热界面材料的安装和传热。
 
  热界面性能测试表明,基于GNWs的石墨烯基热界面材料(GNW-TIM)的冷却效率约为市面上主流导热垫片的1.5倍。出色的热界面性能使得其可以应用于多种场景,典型地,当GNW-TIM用于高功率LED芯片的散热时,可以大大降低其工作时的饱和温度,从而有效的抑制了因热量积聚带来的发光特性恶化问题。
 
  上述成果以题为“Soft and Self-Adhesive Thermal Interface Materials based onVertically Aligned, Covalently Bonded Graphene Nanowalls for EfficientMicroelectronic Cooling”发表在了Advanced Functional Materials上。中科院宁波材料技术与工程研究所是论文的第一单位。
 
 
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