具有高阻尼特性的高導(dǎo)熱凝膠，柔性電子散熱新途徑

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發(fā)表時(shí)間：2022-12-14 08:00來源：金戈新材官網(wǎng)

隨著5G、新能源汽車的發(fā)展，過熱和不可避免的振動(dòng)已成為嚴(yán)重威脅芯片(如CPU和GPU)可靠性的兩個(gè)重要因素。為了消除復(fù)雜的振動(dòng)干擾，迫切需要開發(fā)兼具高效散熱與減震的新一代的導(dǎo)熱界面材料（導(dǎo)熱凝膠、超軟導(dǎo)熱硅膠片等）。然而，材料的導(dǎo)熱和阻尼特性通常是相互關(guān)聯(lián)和耦合的。

高導(dǎo)熱和高阻尼復(fù)合凝膠的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略。.png

受麥克斯韋理論和壁虎剛毛粘附機(jī)制的啟發(fā)，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院孫蓉團(tuán)隊(duì)和南昌大學(xué)杜國(guó)平團(tuán)隊(duì)合作研究了一種聚二甲基硅氧烷(PDMS)基導(dǎo)熱凝膠，通過在PDMS網(wǎng)絡(luò)中引入懸掛鏈，集成了高熱導(dǎo)率和顯著的阻尼特性。該P(yáng)DMS/Al導(dǎo)熱凝膠可獲得對(duì)分子弛豫時(shí)間的多尺度控制，從而對(duì)能量分級(jí)耗散進(jìn)行多級(jí)調(diào)控。弛豫時(shí)間的擴(kuò)寬和動(dòng)態(tài)相互作用的協(xié)同效應(yīng)使復(fù)合導(dǎo)熱凝膠在寬頻率(0.01~100 Hz)和溫度范圍(–50~150 °C)范圍內(nèi)表現(xiàn)優(yōu)異的阻尼性能(tan δ > 0.3)。類似于壁虎的足掌微毛結(jié)構(gòu)，短的懸掛鏈結(jié)構(gòu)通過范德華相互作用可改善PDMS和Al填料之間的粗糙界面，而表現(xiàn)高熱導(dǎo)率(4.72±0.04 W/m·K)。

復(fù)合凝膠的減震和振動(dòng)阻尼性能。.png

本研究證明了該導(dǎo)熱凝膠作為熱界面材料在芯片熱管理應(yīng)用中的散熱效率是目前商用TIMs（導(dǎo)熱界面材料）的2.1倍，同時(shí)也證實(shí)了在劇烈振動(dòng)（10Hz振動(dòng)頻率）下運(yùn)行的芯片仍然表現(xiàn)出高效穩(wěn)定散熱能力。最后，本研究實(shí)現(xiàn)了該導(dǎo)熱凝膠在黏度和可加工性之間的平衡，完美展現(xiàn)了該P(yáng)DMS/Al導(dǎo)熱凝膠的點(diǎn)膠工藝，在柔性可穿戴設(shè)備、智能網(wǎng)聯(lián)汽車等領(lǐng)域有著巨大潛力應(yīng)用價(jià)值。

高導(dǎo)熱復(fù)合凝膠作為熱界面材料的芯片熱管理應(yīng)用.png

本篇文章的研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為該項(xiàng)工作為制備用于柔性電子產(chǎn)品的高導(dǎo)熱和高阻尼導(dǎo)熱凝膠開辟了一條新的途徑。該研究成果「High Thermal Conductivity and Remarkable Damping Composite Gels as Thermal Interface Materials for Heat Dissipation of Chip」發(fā)表于全球新銳綜合性研究期刊Chip，丁聲昌和范劍鋒為共同第一作者。

從上述介紹可知，該研究成果制備的導(dǎo)熱凝膠以Al為填料，電絕緣性能可能無法得到保證。那么，如何制備絕緣性能更好的高導(dǎo)熱凝膠呢？金戈新材推薦試用GD-S613A、GD-S653A等導(dǎo)熱粉體作為高導(dǎo)熱凝膠的填料，以下是導(dǎo)熱粉體在凝膠（單組份）配方中的應(yīng)用舉例（不代表最終應(yīng)用數(shù)據(jù)，供參考）。