具有高導熱性和界面適應性的可回收BN/環氧熱界面材料

1 背景介紹

	隨著電子器件向小型化、集成化、大功率密化的方向發展，對高效散熱技術的需求日益迫切。熱界面材料(TIMs)通過連接熱源和散熱器，可以有效避免過熱和設備損壞。最新的TIM不僅要求高熱流密度以適應輕量化趨勢，而且要求可回收性以緩解電子垃圾帶來的環境壓力。然而，制備既具有高散熱性能又具有可回收性的TIM仍然是一個巨大的挑戰。



	含有導熱填料的聚合物復合材料是高性能TIM的可行候選材料。其中氮化硼(BN)填料因其優異的各向異性熱輸運、介電性能、熱穩定性和機械強度而受到廣泛關注。先進的BN/聚合物復合材料主要旨在通過相互接觸、連續相、規則取向或單向組裝來獲得更高的導熱性。然而，這些方法不僅涉及復雜的工藝，而且對粗糙表面的順應性仍未得到解決。



	迄今為止，人們已經探索了多種策略，包括構建夾層結構，降低模量，設計微/納米流體，以及使用熱塑性基質，以賦予TIM具有適應性界面。由于熱塑性材料的彈性變形，在熱塑性復合材料中，通過葉片涂布、靜電紡絲、熱壓、拉伸等方法可以很容易地獲得填料的界面柔度和取向。然而，熱塑性塑料相對較低的力學性能和較高的熱應力不利于其長期使用。最近，熱固性樹脂具有低介電常數和優異的熱性能和力學性能，被認為是TIM的理想基材，但其不溶性和不溶性使其難以符合TIM的粗糙表面，難以回收利用。



	





	2 成果掠影


近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所的代金月老師針對開發高導熱以及具有可回收性的TIM取得新進展。本研究采用熱壓誘導取向法制備了具有各向異性導熱性和可回收性的高性能BN/環氧復合材料，并且具有表面相容性的完全可回收的TIM。結果表明，僅通過簡單的熱壓處理，填充的BN就可以很容易地在平面上取向，導熱系數為3.85 W/(mK)，BN含量為40 wt %，比原始環氧樹脂高30倍，比熱壓處理前的復合材料高4.3倍。由于優越的導熱性和機械順應性，由所制備的復合材料制成的電子器件的核心溫度比商用硅酮材料低20℃。此外，得益于所合成的環氧玻璃體的多級降解機制，所制備的復合材料可以在溫和的條件下進行高效的化學回收，BN回收率為96.2%，其他有機原料的回收率為73.6% ~ 82.4%。這項工作為我們設計可回收和高性能的TIMs提供了一種新的策略。研究成果以“A Full-component recyclable Epoxy/BN thermal interface material with anisotropy high thermal conductivity and interface adaptability ”為題發表于《Chemical Engineering Journal》。