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江蘇科大趙正柏、李為立課題組《Chem. Mater.》：一種具有高導(dǎo)熱、高柔韌和高粘接性的石墨烯/聚烯烴彈性體薄膜用于芯片散熱
2023-03-23  來源：高分子科技

  隨著微電子技術(shù)的飛速提升，芯片朝著微小化、高集成度、高運算速度方向發(fā)展，由于體積較小的芯片會產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致芯片操作穩(wěn)定性和使用壽命的降低。散熱已成為微電子行業(yè)發(fā)展的核心問題。


圖1 GNP/POE薄膜的制備路線


  近日，江蘇科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院趙正柏博士、李為立教授課題組制備了一種具有高導(dǎo)熱性、高柔韌性和高粘接性的石墨烯/聚烯烴（GNP/POE）彈性體薄膜用于芯片散熱。本研究使用簡捷環(huán)保的方法制備了GNP/POE薄膜，有效構(gòu)建了熱傳導(dǎo)路徑。在0.62wt%的極低填料負(fù)載下，所制備的GNP/POE膜的熱導(dǎo)率可達(dá)到1.07 W·m-1·K-1。通過有限元分析模擬了熱傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)對熱導(dǎo)率增強的影響，熱紅外圖像進(jìn)一步驗證了GNP/POE膜優(yōu)越的熱傳導(dǎo)效果。此外，在芯片運行完成后，所制備的GNP/POE膜可以從芯片上無殘留地剝離，這對實際生產(chǎn)具有重要意義。該工作以“Graphene/Polyolefin Elastomer Films as Thermal Interface Materials with High Thermal Conductivity, Flexibility, and Good Adhesion”為題發(fā)表在《Chemistry of Materials》上。文章的通訊作者為江蘇科技大學(xué)趙正柏博士。 


圖2 GNP/POE和POE薄膜穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)的有限元分析 


圖3 TIM在芯片冷卻中的應(yīng)用示意圖及GNP/POE薄膜作為TIM的散熱模型

  該工作是團隊近期關(guān)于熱界面材料的最新進(jìn)展之一。導(dǎo)熱填料的加入往往會破壞聚合物的力學(xué)性能，如何降低界面熱阻、有效構(gòu)建熱傳導(dǎo)路徑，是提高聚合物導(dǎo)熱性能的關(guān)鍵。為此團隊近兩年來系統(tǒng)研究了傳熱機理，在低填料負(fù)載下，制備了一系列導(dǎo)熱性能優(yōu)異的聚合物。通過水解縮合制備了SiO/MWCT核殼雜化物，詳細(xì)討論了導(dǎo)熱稀疏的增強機理，并用EMA模型評估聚合物基體和填料之間的界面熱阻（Polymer 2022 ,262,125430）。此外，還制備了SiO/GNP環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，同過填料與聚合物基體之間官能團之間的作用，及SiO殼在填料表面的完全封裝，降低填料與聚合物基質(zhì)間的界面熱阻（Ceram.Int. 2023.49(2).2871-2880）。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.2c03730

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