新型熱界面材料助200℃高溫電子設(shè)備散熱

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(dǎo)熱性能在原有基礎(chǔ)上提高了20倍。新材料能夠在高達(dá)200℃的溫度下可靠操作，可用于散熱片中幫助服務(wù)器、汽車、高亮度LED(發(fā)光二極管)中的電子設(shè)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(luò)版上。

隨著電子設(shè)備功能越來越強、體型越來越小，散熱問題也變得越來越復(fù)雜。工程師們一直在尋找更好的熱界面材料，來幫助電子設(shè)備有效散熱。非晶態(tài)聚合物材料是熱的不良導(dǎo)體，因為它們的無序狀態(tài)限制了熱傳導(dǎo)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(dǎo)熱性，但這些結(jié)構(gòu)是由纖維拉伸工藝形成的，會導(dǎo)致材料易碎。

佐治亞理工學(xué)院喬治·伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)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(dǎo)熱率達(dá)到4.4瓦/米·開爾文，并已在200℃溫度下進(jìn)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(jìn)一步改進(jìn)，但他相信將來可以擴(kuò)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(shè)計電子系統(tǒng)的方式。