一種具有柔軟，可拉伸的4W/m·K彈性導(dǎo)熱凝膠

電子封裝中的導(dǎo)熱材料到智能控制設(shè)備中的傳感器，功能性聚合物材料應(yīng)用廣泛。導(dǎo)熱凝膠是常用的復(fù)合材料之一，其要實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的導(dǎo)熱性能通常需要填充較高填充量(>50%)的導(dǎo)熱粉體，這會使材料的拉伸性和順應(yīng)性惡化。良好的柔韌性使導(dǎo)熱凝膠能夠更好地貼合非均質(zhì)組分的不規(guī)則表面，從而降低熱阻。然而，更好的柔韌性往往意味著聚合物內(nèi)部的分子鏈具有更強(qiáng)的流動性，當(dāng)受到外力作用時，它們更容易發(fā)生永久性變形，不可避免地導(dǎo)致析出、分層、開裂和空隙形成。例如，針對可拉伸和柔軟材料，提出了降低纏結(jié)密度和引入懸垂鏈等策略，但以犧牲彈性為代價。因此，為了保證復(fù)合凝膠的性能和可靠性，將優(yōu)異的拉伸性能和回彈性能整合到導(dǎo)熱凝膠中是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

近期，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院任琳琳副研究員開發(fā)了一種具有優(yōu)異的彈性、韌性和可拉伸性的導(dǎo)熱界面材料。該團(tuán)隊用超高填充量的導(dǎo)熱粉體，制備了柔軟(0.13 MPa)，可拉伸(172%)和彈性(>70%)的導(dǎo)熱凝膠。這些性能的實(shí)現(xiàn)得益于：通過控制聚合物網(wǎng)絡(luò)中彈性組分(即交聯(lián))和粘性組分(即自由大分子)的比例和延遲填料網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。導(dǎo)熱凝膠的高拉伸性主要是由松散纏結(jié)和剛性交聯(lián)的協(xié)同作用決定的，其中松散纏結(jié)將施加的力轉(zhuǎn)移到較大的區(qū)域，而剛性交聯(lián)則阻止纏結(jié)的解纏。高彈性狀態(tài)下的填充網(wǎng)絡(luò)決定了其回彈性，既調(diào)和了聚合物網(wǎng)絡(luò)的能量耗散，又拓寬了變形范圍，實(shí)現(xiàn)了高回彈性。此外，鋁導(dǎo)熱粉體的超高負(fù)載(90 wt%)使導(dǎo)熱凝膠具有高導(dǎo)熱系數(shù)(4.04 W/mk)。在熱沖擊測試中，導(dǎo)熱凝膠在器件運(yùn)行溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的熱沖擊穩(wěn)定性。在循環(huán)加熱/冷卻測試中，該導(dǎo)熱凝膠也表現(xiàn)出比市售熱界面材料(TIM)更穩(wěn)定的散熱，該研究結(jié)果為設(shè)計適合于TIMs的導(dǎo)熱凝膠奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果以“Toward soft, stretchable and resilient high filled composite gels for potential application as thermal interface materials ”為題發(fā)表于《Composites Science and Technology 》。

（原文 | https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2023.110206）。