1. 成果簡介
電子器件向小型化和高功率方向迅速發展，散熱已成為制約其進一步發展的瓶頸問題。而熱導率和接觸熱阻可調是實現電子器件高效熱管理的關鍵。來自上海先進熱功能材料工程技術研究中心的研發團隊設計了一款兼具上述性能的低熔點合金/石蠟/烯烴嵌段共聚物熱界面材料（LMA/PA/OBC）。電子器件工作時溫度會逐漸升高，低熔點合金和石蠟發生相變，接觸熱阻顯著降低。另一方面，液相低熔點合金顆粒會相互連接，構筑有效的熱傳導路徑，明顯提高了熱界面材料的熱輸運性能。此外，本文還研究了 LMA/PA/OBC 在兩種不同溫度（30℃/50℃）下的熱導率以及溫度/壓力對接觸熱阻的影響。結果表明，溫度從30℃升高到50℃，LMA/PA/OBC（90 Wt% LMA）的導熱系數從0.99 W
m-1 K-1增加到1.87
W m-1 K-1。LMA/PA/OBC（90 Wt% LMA）的熱接觸電阻降低到0.024 Kcm2/W（60℃，40 Psi）。散熱實驗結果也證實了接觸熱阻隨溫度的升高而降低。
2. 圖文導讀
圖1 圖文簡介
圖2 LMA/PA/OBC熱界面材料的制備過程及其表征
圖3 LMA/PA/OBC的熱導率隨溫度的變化關系
圖4 LMA/PA/OBC 的接觸熱阻隨溫度的變化關系
圖5 LMA/PA/OBC 的接觸熱阻隨壓力的變化關系
圖6 LMA/PA/OBC的散熱效果對比與分析結果
3. 小結
本文提出了一種溫度調控熱導率和接觸熱阻的LMA/PA/OBC熱界面材料。電子器件工作時溫度會逐漸升高，低熔點合金和石蠟發生相變，導致界面熱阻顯著降低。同時液相LMA顆粒間會發生相互連接，構筑了有效的熱傳導路徑，提高了熱輸運性能。OBC作為支撐材料，防止相變材料泄漏。
溫度為30℃時，LMA/PA/OBC的熱導率隨LMA質量分數的增加而增加。當LMA的加入量小于60 wt%時，復合材料的導熱系數僅略有增加，保持在0.5 W m-1 K-1左右。然而，當LMA的添加量大于60 wt%時，LMA/PA/OBC的熱導率將逐漸提高（0.99 W m-1 K-1）。此外，溫度為50℃時，固體LMA顆粒發生相變，成為熔融LMA顆粒。當LMA的添加量大于60 wt%時，大量熔融LMA顆粒間會發生連接，LMA/PA/OBC的導熱系數顯著增加（1.87 W m-1 K-1）。隨著溫度的升高，TCR逐漸降低。特別是當溫度高于LMA的熔點時，TCR將急劇下降至0.024 Kcm2/W。此外，LMA/PA/OBC的散熱效果也證實了TCR隨溫度的升高而降低。
以上成果發表在International
Journal of Thermal Sciences期刊上，邵陽學院劉長青為第一作者，上海第二工業大學能源與材料工程學院徐海萍教授、于偉教授為共同通訊作者。Title：Temperature adjustable thermal conductivity and thermal contact
resistance for liquid metal/paraffin/olefin block copolymer interface material,
International Journal of Thermal Sciences, 2022, 179: 107679.