深圳先进院汪正平院士团队在高导热复合材料研究中取得新进展
随着电子产品向小型化、高性能化及高度集成方向发展，电子产品散热能力差的缺点也就日益突出。聚合物基热界面材料是解决电子产品散热问题的重要部分。近日，来自中国科学院深圳先进技术研究院，由汪正平院士和孙蓉研究员领导的先进封装材料创新团队的曾小亮博士及其研究生潘桂然通过研究发现影响聚合物基复合材料导热性能的因素主要有两种：1、填料之间的界面作用力，填料之间作用力越强，接触越充分，填料之间形成的导热通路就越多，散热效率就越高；2、填料的取向，填料之间形成层层堆叠的微观结构可以在单向形成散热途径，提高散热效率。有效的结合这两个因素可以制备出具有高导热性能的聚合物基界面材料。 自然界中的生物为了生存，通过千万年的优胜略汰会把自身的组织进化到“最强悍”的状态。例如，天然贝壳的微观结构就非常有趣，一眼看上去就像是层层排列的砖墙，这种独特的微观结构使得贝壳具有良好的机械强度，可以更好的抵御海浪的拍打与冲刷。受天然贝壳的启发，曾小亮课题组利用具有二维结构的片状氧化铝为填料来仿制天然贝壳的微观结构从而高强度的复合材料。结合影响复合材料导热性能的影响因素，曾小亮课题组利用化学还原法使得硝酸银中的银离子还原，然后沉积到改性后的氧化铝片表面制得杂化粒子，然后使杂化填料与环氧树脂高分子基进行混合，通过热压工艺对片状的氧化铝进行微观取向，最后得到所需的复合材料。 还原得到的银离子是纳米级的，在经过高温固化时会发生熔融使得临近的氧化铝片桥联在一起提高了填料之间的界面作用力，降低了材料之间的界面热阻，从而使复合材料达到高的传热效率。▲ 复合材料导热系数随银粒子含量和杂化填料含量的变化 改性后的氧化铝填料与环氧树脂基体之间作用力更强从而形成了“砖-泥”结构，大幅度提升了复合材料的机械性能。在外力作用下，氧化铝片表面的银粒子凸起增加了填料之间相对滑动的粗糙度，提高了复合材料的拉伸强度。此外，熔融的银粒子使填料之间紧密连接形成框架也有助于提高复合材料的机械性能。▲ 复合材料机械性能的表征 该研究的意义在于为制备高导热复合材料提供了新的设计理念和合成方法，并且价格低廉，操作简单，为电子产品的热管理提供了参考。全文链接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b10115来源：高分子科学前沿欢迎加入材料人高分子共享群，群号：298064863
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