[導讀]聚合物材料通常都是熱絕緣體，但美國研究人員通過電聚合過程使聚合物纖維排成整齊陣列，形成一種新型熱界面材料，導熱性能在原有基礎上提高了20倍。新材料能夠在高達200℃的溫度下可靠操作，可用于散熱片中幫助服務器
聚合物材料通常都是熱絕緣體，但美國研究人員通過電聚合過程使聚合物纖維排成整齊陣列，形成一種新型熱界面材料，導熱性能在原有基礎上提高了20倍。新材料能夠在高達200℃的溫度下可靠操作，可用于散熱片中幫助服務器、汽車、高亮度LED(發(fā)光二極管)中的電子設備散熱。該研究成果提前發(fā)表在近日《自然·納米技術(shù)》雜志網(wǎng)絡版上。
隨著電子設備功能越來越強、體型越來越小，散熱問題也變得越來越復雜。工程師們一直在尋找更好的熱界面材料，來幫助電子設備有效散熱。非晶態(tài)聚合物材料是熱的不良導體，因為它們的無序狀態(tài)限制了熱傳導聲子的轉(zhuǎn)移。雖然可以通過在聚合物中創(chuàng)建整齊排列的晶體結(jié)構(gòu)來改善其導熱性，但這些結(jié)構(gòu)是由纖維拉伸工藝形成的，會導致材料易碎。
佐治亞理工學院喬治·伍德拉夫機械工程學院助理教授巴拉圖德·克拉說，新的熱界面材料是利用共軛聚合物聚噻吩制成的，其整齊的納米纖維陣列既有利于聲子的轉(zhuǎn)移，也避免了材料的脆性。新材料在室溫下的導熱率達到4.4瓦/米·開爾文，并已在200℃溫度下進行了80次熱循環(huán)測試，性能依舊穩(wěn)定;相比之下，芯片和散熱片之間的熱界面常用的焊錫材料，在回流的高溫過程中工作時可能會變得不可靠。
納米纖維陣列結(jié)構(gòu)是通過多個步驟制造而成的：研究人員先將含有單體的電解質(zhì)涂在一塊帶有微小孔隙的氧化鋁模板上，然后向模板施加電勢，每個孔隙中的電極會吸引單體，開始形成中空納米纖維。纖維的長度和壁厚通過施加的電流量和時間來控制，纖維的直徑則由孔隙的大小決定，從18納米至300納米不等。傳統(tǒng)熱界面材料的厚度約為50微米至75微米，而這種方式獲得的新材料厚度可薄至3微米。
克拉表示，該技術(shù)仍需進一步改進，但他相信將來可以擴大生產(chǎn)和商業(yè)化。“類似這樣可靠性高的材料對于解決散熱問題來說很有吸引力。這種材料可能最終改變我們設計電子系統(tǒng)的方式。”
隨著電子設備功能越來越強、體型越來越小，散熱問題也變得越來越復雜。工程師們一直在尋找更好的熱界面材料，來幫助電子設備有效散熱。非晶態(tài)聚合物材料是熱的不良導體，因為它們的無序狀態(tài)限制了熱傳導聲子的轉(zhuǎn)移。雖然可以通過在聚合物中創(chuàng)建整齊排列的晶體結(jié)構(gòu)來改善其導熱性，但這些結(jié)構(gòu)是由纖維拉伸工藝形成的，會導致材料易碎。
佐治亞理工學院喬治·伍德拉夫機械工程學院助理教授巴拉圖德·克拉說，新的熱界面材料是利用共軛聚合物聚噻吩制成的，其整齊的納米纖維陣列既有利于聲子的轉(zhuǎn)移，也避免了材料的脆性。新材料在室溫下的導熱率達到4.4瓦/米·開爾文，并已在200℃溫度下進行了80次熱循環(huán)測試，性能依舊穩(wěn)定;相比之下，芯片和散熱片之間的熱界面常用的焊錫材料，在回流的高溫過程中工作時可能會變得不可靠。
納米纖維陣列結(jié)構(gòu)是通過多個步驟制造而成的：研究人員先將含有單體的電解質(zhì)涂在一塊帶有微小孔隙的氧化鋁模板上，然后向模板施加電勢，每個孔隙中的電極會吸引單體，開始形成中空納米纖維。纖維的長度和壁厚通過施加的電流量和時間來控制，纖維的直徑則由孔隙的大小決定，從18納米至300納米不等。傳統(tǒng)熱界面材料的厚度約為50微米至75微米，而這種方式獲得的新材料厚度可薄至3微米。
克拉表示，該技術(shù)仍需進一步改進，但他相信將來可以擴大生產(chǎn)和商業(yè)化。“類似這樣可靠性高的材料對于解決散熱問題來說很有吸引力。這種材料可能最終改變我們設計電子系統(tǒng)的方式。”
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