一種具有柔軟，可拉伸的4W/m·K彈性導熱凝膠

電子封裝中的導熱材料到智能控制設備中的傳感器，功能性聚合物材料應用廣泛。導熱凝膠是常用的復合材料之一，其要實現(xiàn)優(yōu)異的導熱性能通常需要填充較高填充量(>50%)的導熱粉體，這會使材料的拉伸性和順應性惡化。良好的柔韌性使導熱凝膠能夠更好地貼合非均質組分的不規(guī)則表面，從而降低熱阻。然而，更好的柔韌性往往意味著聚合物內部的分子鏈具有更強的流動性，當受到外力作用時，它們更容易發(fā)生永久性變形，不可避免地導致析出、分層、開裂和空隙形成。例如，針對可拉伸和柔軟材料，提出了降低纏結密度和引入懸垂鏈等策略，但以犧牲彈性為代價。因此，為了保證復合凝膠的性能和可靠性，將優(yōu)異的拉伸性能和回彈性能整合到導熱凝膠中是一項具有挑戰(zhàn)性的任務。

近期，中國科學院深圳先進技術研究院任琳琳副研究員開發(fā)了一種具有優(yōu)異的彈性、韌性和可拉伸性的導熱界面材料。該團隊用超高填充量的導熱粉體，制備了柔軟(0.13 MPa)，可拉伸(172%)和彈性(>70%)的導熱凝膠。這些性能的實現(xiàn)得益于：通過控制聚合物網(wǎng)絡中彈性組分(即交聯(lián))和粘性組分(即自由大分子)的比例和延遲填料網(wǎng)絡的結構來實現(xiàn)的。導熱凝膠的高拉伸性主要是由松散纏結和剛性交聯(lián)的協(xié)同作用決定的，其中松散纏結將施加的力轉移到較大的區(qū)域，而剛性交聯(lián)則阻止纏結的解纏。高彈性狀態(tài)下的填充網(wǎng)絡決定了其回彈性，既調和了聚合物網(wǎng)絡的能量耗散，又拓寬了變形范圍，實現(xiàn)了高回彈性。此外，鋁導熱粉體的超高負載(90 wt%)使導熱凝膠具有高導熱系數(shù)(4.04 W/mk)。在熱沖擊測試中，導熱凝膠在器件運行溫度范圍內表現(xiàn)出優(yōu)異的熱沖擊穩(wěn)定性。在循環(huán)加熱/冷卻測試中，該導熱凝膠也表現(xiàn)出比市售熱界面材料(TIM)更穩(wěn)定的散熱，該研究結果為設計適合于TIMs的導熱凝膠奠定了基礎。相關研究成果以“Toward soft, stretchable and resilient high filled composite gels for potential application as thermal interface materials ”為題發(fā)表于《Composites Science and Technology 》。

（原文 | https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2023.110206）。