一种具有取向的BN/UHMWPE导热复合材料

来源 | Composites Part A

01

背景介绍

随着智能时代和第五代(5G)移动网络的蓬勃发展，大数据、人工智能、智能设备等行业正朝着集成化、轻量化、小型化方向发展。然而，5G技术的嵌入导致智能设备的功率密度爆炸式增长，过多的热量积累会降低芯片的工作效率，甚至加速老化。通过热界面材料(TIMs)对芯片进行有效的热管理是改善散热的有效措施。

聚合物基TIM因其优异的电绝缘性能、轻量化和高稳定性而受到广泛关注。与普通热塑性材料相比，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)由于分子量和缠结大，不存在粘性流动。即使在芯片过热的极端情况下，基于UHMWPE的TIMs也不会因为熔体流动而对电子元件造成不可逆的损坏，但是其粘度阻碍了基于UHMWPE的复合材料的制造。

虽然石墨、石墨烯、碳纳米管(CNTs)、碳纤维、银颗粒、银纳米线、铜纳米线具有较高的导热性，但其较差的绝缘特性阻碍了TIMs在芯片封装领域的推广应用。氮化硼(BN)在陶瓷填料中导热系数最高(>250 W/mK)，具有良好的电绝缘性和较低的成本。因此具有制备各向异性复合材料的优势。

制备取向复合材料的传统方法，如化学气相沉积、磁场或电场、冷冻铸造和真空过滤等，通常效率低下。此外，填料互连性低和三维导热网络的结构缺陷严重限制了复合材料导热性能的提高。因此，有必要探索高效的成型方法来制备具有高导热性的BN/UHMWPE复合材料。

02

成果掠影

近期，华南理工大学机械与汽车工程学院高分子材料先进制造技术与装备研究所冯彦洪教授在制备具有取向性的导热材料取得新进展。本研究采用偏心转子固体挤出机，在低于UHMWPE基体熔化温度125℃的温度下，建立定向偏析三维导热网络，制备了BN/UHMWPE取向高导热复合材料。制备的复合材料具有高取向性(取向因子0.826)、高导热性(6.25 W/mK)、优异的电绝缘性和热稳定性，以及在29.2 vol% BN负载下的优异成本效益，对电子封装应用具有吸引力。此外，我们提出了蜂窝导热模型，可以精确计算取向偏析复合材料的理论导热系数。本研究通过粉末固态挤压构建定向三维导热网络，为制备高导热聚合物基热界面材料(TIMs)提供了一种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 ”为题发表于《Composites Part A》。

03

图文导读

图1.复合材料的制备方法。

图2.复合材料的SEM图。

图3.材料的结构表征。

图4.复合材料的导热系数、导热通路、界面热阻、体积电阻率、硬度对比。

图5.复合材料的热管理性能。

END

★ 平台声明

部分素材源自网络，版权归原作者所有。分享目的仅为行业信息传递与交流，不代表本公众号立场和证实其真实性与否。如有不适，请联系我们及时处理。欢迎参与投稿分享！