新热界面材料助两百度高温电子设备散热,美国
分类:农业发展

内容摘要:佐治亚理工学院乔治·伍德拉夫机械工程学院的研究人员利用共轭聚合物聚噻吩制成新型热界面材料,新材料在室温下的导热率达到4.4瓦/米·开尔文,并已在200℃温度下进行了80次...

聚合物材料通常都是热绝缘体,但美国研究人员通过电聚合过程使聚合物纤维排成整齐阵列,形成一种新型热界面材料,导热性能在原有基础上提高了20倍。新材料能够在高达200℃的温度下可靠操作,可用于散热片中帮助服务器、汽车、高亮度LED中的电子设备散热。该研究成果提前发表在近日《自然。纳米技术》杂志网络版上。 随着电子设备功能越来越强、体型越来越小,散热问题也变得越来越复杂。工程师们一直在寻找更好的热界面材料,来帮助电子设备有效散热。非晶态聚合物材料是热的不良导体,因为它们的无序状态限制了热传导声子的转移。虽然可以通过在聚合物中创建整齐排列的晶体结构来改善其导热性,但这些结构是由纤维拉伸工艺形成的,会导致材料易碎。 佐治亚理工学院乔治。伍德拉夫机械工程学院助理教授巴拉图德。克拉说,新的热界面材料是利用共轭聚合物聚噻吩制成的,其整齐的纳米纤维阵列既有利于声子的转移,也避免了材料的脆性。新材料在室温下的导热率达到4.4瓦/米。开尔文,并已在200℃温度下进行了80次热循环测试,性能依旧稳定;相比之下,芯片和散热片之间的热界面常用的焊锡材料,在回流的高温过程中工作时可能会变得不可靠。 纳米纤维阵列结构是通过多个步骤制造而成的:研究人员先将含有单体的电解质涂在一块带有微小孔隙的氧化铝模板上,然后向模板施加电势,每个孔隙中的电极会吸引单体,开始形成中空纳米纤维。纤维的长度和壁厚通过施加的电流量和时间来控制,纤维的直径则由孔隙的大小决定,从18纳米至300纳米不等。传统热界面材料的厚度约为50微米至75微米,而这种方式获得的新材料厚度可薄至3微米。 克拉表示,该技术仍需进一步改进,但他相信将来可以扩大生产和商业化。类似这样可靠性高的材料对于解决散热问题来说很有吸引力。这种材料可能终改变我们设计电子系统的方式。

聚合物材料通常都是热绝缘体,但美国研究人员通过电聚合过程使聚合物纤维排成整齐阵列,形成一种新型热界面材料,导热性能在原有基础上提高了20倍。新材料能够在高达200℃的温度下可靠操作,可用于散热片中帮助服务器、汽车、高亮度LED中的电子设备散热。该研究成果提前发表在近日《自然·纳米技术》杂志网络版上。

随着电子设备功能越来越强、体型越来越小,散热问题也变得越来越复杂。工程师们一直在寻找更好的热界面材料,来帮助电子设备有效散热。非晶态聚合物材料是热的不良导体,因为它们的无序状态限制了热传导声子的转移。虽然可以通过在聚合物中创建整齐排列的晶体结构来改善其导热性,但这些结构是由纤维拉伸工艺形成的,会导致材料易碎。

佐治亚理工学院乔治·伍德拉夫机械工程学院助理教授巴拉图德·克拉说,新的热界面材料是利用共轭聚合物聚噻吩制成的,其整齐的纳米纤维阵列既有利于声子的转移,也避免了材料的脆性。新材料在室温下的导热率达到4.4瓦/米·开尔文,并已在200℃温度下进行了80次热循环测试,性能依旧稳定;相比之下,芯片和散热片之间的热界面常用的焊锡材料,在回流的高温过程中工作时可能会变得不可靠。

纳米纤维阵列结构是通过多个步骤制造而成的:研究人员先将含有单体的电解质涂在一块带有微小孔隙的氧化铝模板上,然后向模板施加电势,每个孔隙中的电极会吸引单体,开始形成中空纳米纤维。纤维的长度和壁厚通过施加的电流量和时间来控制,纤维的直径则由孔隙的大小决定,从18纳米至300纳米不等。传统热界面材料的厚度约为50微米至75微米,而这种方式获得的新材料厚度可薄至3微米。

克拉表示,该技术仍需进一步改进,但他相信将来可以扩大生产和商业化。“类似这样可靠性高的材料对于解决散热问题来说很有吸引力。这种材料可能最终改变我们设计电子系统的方式。”

新闻扩展:

新型碳纳米管基散热材料研发成功

近日,中科院苏州纳米所研究员李清文课题组将高导电、高导热的铜纳米线引入碳纳米管纸,制备出具有高热导率和电导率的新型碳纳米管基散热材料。相关成果发表于《碳》杂志。

据了解,碳纳米管具有极高的轴向热导率,因而在大功率电子器件散热材料中被寄予厚望。然而,其小尺寸特性,还有碳纳米管之间及其与复合材料基体之间较大的接触电阻和接触热阻,使得现有碳纳米管复合材料热导率与人们的期望相距甚远,严重制约了实际应用。

李清文团队在前期研究中发现,表面荷负电的羧基化碳纳米管能够实现在硅脂中的高浓度分散并形成导热良好的三维网络,可大幅降低导热硅脂的传热阻抗。

在此基础上,团队通过控制碳纳米管的长度、管径等因素,制备出了具有理想三维网络结构的柔性碳纳米管纸,其传热阻抗低于导热硅脂和商用散热石墨片,且具备固态自支撑特性,在作为导热界面材料时,能够在不污染器件表面的条件下实现高效传热。

另据了解,纯碳纳米管由于导热网络密度偏低,且其中含有大量碳纳米管搭接,使得导热性和导电性仍低于人们的期望。

为此,团队巧妙地将高导电、高导热的铜纳米线引入碳纳米管纸,由两种纳米线组成的互穿三维网络最终成功实现10 W/的热导率和超过105S/m的电导率。

专家表示,鉴于其优异的热传导性能,这种新型材料有望应用在微电子互联和热界面材料领域。

该项工作得到了国家自然科学基金、科技部“973”计划、江苏省产学研合作创新项目和江苏省国际合作项目等的资助。

碳纤维热树脂材料 让汽车更轻更节能

碳纤维热树脂材料与传统汽车制造的金属材料至少轻50%,热树脂材料将会被碳纤维增强。法国国家机械工业中心在与标致雪铁龙、法国航空航天研究院以及中小企业联盟合作的基础上,首次实现了汽车制造采用碳纤维热树脂材料的操作。

这一原型材料已经在2013年3月12日至3月14日举行的巴黎JEC复合材料展上被提出。

这一材料的推出属于展会致力于复合材料研究和试用生产线的规定框架范围,将为轻质汽车、节能减排技术开辟新的发展方向。

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