一種具有取向的氮化硼/超高分子量聚乙烯（BN/UHMWPE）導(dǎo)熱復(fù)合材料（TIM）

5G技術(shù)的嵌入導(dǎo)致智能設(shè)備的功率密度爆炸式增長(zhǎng)，過多的熱量積累會(huì)降低芯片/熱源的工作效率，甚至加速老化。通過導(dǎo)熱界面材料(TIMs)進(jìn)行熱管理是改善散熱的有效措施。然而散熱器水平放置在電子產(chǎn)品芯片/熱源頂部，通常要求芯片/熱源與散熱器之間的 TIM 材料具有較大的軸向熱導(dǎo)率，才能提供較高的導(dǎo)熱效率。因此，制備取向性的高導(dǎo)熱材料非常有必要。

六方氮化硼 (h-BN) 具有較高的面內(nèi)熱導(dǎo)率 (～400 W/m?K)，通過引導(dǎo) h-BN 填料在軸向上取向來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化熱傳導(dǎo)路徑，是制造垂直排列的 h-BN 高效導(dǎo)熱 TIM 材料的優(yōu)秀原料。然而，現(xiàn)有含有BN取向性導(dǎo)熱材料中，仍存在芯片過熱的極端情況下，TIM材料因?yàn)槿垠w流動(dòng)而對(duì)電子元件造成不可逆的損壞。因此，部分科研單位采用了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)作為基體。與普通熱塑性材料相比，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)由于分子量和纏結(jié)大，不存在粘性流動(dòng)。

以下是華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院高分子材料先進(jìn)制造技術(shù)與裝備研究所馮彥洪教授在制備具有取向性的導(dǎo)熱材料取得新進(jìn)展。研究采用偏心轉(zhuǎn)子固體擠出機(jī)，在低于UHMWPE基體熔化溫度（125℃）下，建立定向偏析三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，制備了BN/UHMWPE取向高導(dǎo)熱復(fù)合材料。制備的復(fù)合材料具有高取向性(取向因子0.826)、高導(dǎo)熱性(6.25 W/mK)、優(yōu)異的電絕緣性和熱穩(wěn)定性，以及在29.2 vol% BN負(fù)載下的優(yōu)異成本效益，有望在電子封裝中應(yīng)用。此外，團(tuán)隊(duì)還提出了蜂窩導(dǎo)熱模型，可以精確計(jì)算取向偏析復(fù)合材料的理論導(dǎo)熱系數(shù)。本研究通過粉末固態(tài)擠壓構(gòu)建定向三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，為制備高導(dǎo)熱聚合物基熱界面材料(TIMs)提供了一種具有前瞻性和可靠性的策略。研究成果以“Efficient preparation of BN/UHMWPE composites with oriented thermal conductivity by powder solid-state extrusion ”為題發(fā)表于《Composites Part A》。詳情可點(diǎn)擊原文 | https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2023.107598