Progrés de la investigació dels materials d'interfície tèrmica
Els materials d'interfície tèrmica es componen principalment de farciments i polímers tèrmicament conductors. L'addició de farciment tèrmicament conductor millora la conductivitat tèrmica del polímer, alhora que conserva la bona flexibilitat, el baix cost i els avantatges de fàcil processament i modelat del polímer'. La conductivitat tèrmica del material de la interfície tèrmica depèn de la fracció de farciment. Quan la fracció de farciment és insuficient, les partícules individuals disperses no poden entrar en contacte amb les partícules adjacents (figura 5 (a)) i no es pot formar la xarxa de partícules tèrmicament conductores. Quan la fracció de farciment arriba a un cert nivell (llindar de percolació), es comença a formar una xarxa tèrmica contínua (figura 5 (b)), de manera que la conductivitat tèrmica del compost de polímer augmentarà exponencialment.
Tanmateix, com preparar una conductivitat tèrmica de més de 20 W/mK i un valor de resistència tèrmica de la interfície inferior a 0,01 Kcm2/W segueix sent un gran repte. En resposta a aquesta dificultat, sota el finançament del projecte especial de claus de materials electrònics avançats estratègics del programa National Key R&D, dirigit per l'investigador Sun Rong, l'Institut de Tecnologia Avançada de Shenzhen, l'Acadèmia Xinesa de Ciències i Shanghai Jiaotong. Universitat, Universitat del Sud-est, Universitat de Tongji i Suzhou Nano, Acadèmia Xinesa de Ciències L'Institut de Tecnologia i Nano-Biònica, l'Institut de Materials de Ningbo, l'Acadèmia Xinesa de Ciències i la Universitat de Xangai han dut a terme el disseny molecular de materials d'interfície tèrmica d'alt rendiment, mesurament a micro-nano-escala de la resistència tèrmica de la interfície i càlcul i simulació del mecanisme d'acoblament acústic-electrònic a la interfície per desenvolupar material d'interfície tèrmica d'alt rendiment. Sobre aquesta base, el material d'interfície tèrmica preparat s'aplica a dispositius electrònics d'alta densitat de potència i es verifica la seva aplicació típica en dispositius electrònics d'alta densitat de potència.
La ceràmica també té una alta conductivitat tèrmica i un excel·lent aïllament elèctric, que és especialment adequat per a zones que requereixen aïllament elèctric. Entre els farcits ceràmics que s'han informat, el nitrur de bor (BN) té una conductivitat tèrmica molt alta i s'està convertint en l'objecte d'investigació més atractiu en aplicacions de gestió tèrmica. El 2017, Zhang et al. va preparar la membrana h-BN a temps mitjançant filtració al buit i va infiltrar el polímer alcohol polivinílic soluble en aigua a l'h-BN per formar un material compost h-BN/alcohol polivinílic. El procés de preparació es mostra a la figura 6 (a). Quan el contingut de h-BN és del 27% vol, la conductivitat tèrmica màxima dins i fora del pla pot arribar a 8,44 W/m·K i 1,63 W/m·K, respectivament (figura 6 (b)). A més, Yu et al. es van preparar compostos h-BN/poliuretà termoplàstic mitjançant premsat en calent al buit. Quan el contingut de h-BN és del 95% en pes, la conductivitat tèrmica en el pla del material compost és de fins a 50, 3 W/m·K, la qual cosa és coherent amb els resultats reportats per Fu et al.
Els metalls tenen una alta conductivitat tèrmica intrínseca a causa de l'ús d'electrons com a portadors de calor i s'han convertit en un farciment tèrmicament conductor d'ús habitual per als materials d'interfície tèrmica. Per exemple, Xu et al. va utilitzar el mètode d'electrodeposició per preparar una xarxa tèrmicament conductora d'Ag altament orientada. El material d'interfície tèrmica que ha preparat té una conductivitat tèrmica de 30,3 W/m·K, que és molt superior al compost de polímer preparat pel mètode de dispersió aleatòria (1,4 W/m·K). Wang et al. va trobar que amb el mateix contingut de farciment (0,9% en pes), els nanocables de coure tenen una capacitat més alta per millorar la conductivitat tèrmica dels polímers que els nanofils de plata. A més, és molt important com reduir la resistència tèrmica de la interfície entre el metall i el polímer. Millorar la modificació de molècules orgàniques o farcits inorgànics a la superfície metàl·lica pot augmentar la força d'interacció entre el metall i el polímer i, a continuació, reduir la interfície entre el metall i el polímer. Resistència tèrmica, millora la conductivitat tèrmica dels compostos polimèrics. A més, Jeong et al. va introduir recentment el concepte de farciment metàl·lic líquid a la matriu PDMS per tal de crear un cos termoelàstic amb alta conductivitat tèrmica, elasticitat i estirabilitat. Hi ha una altra direcció important de recerca dels materials d'interfície tèrmica basats en metalls: materials d'interfície tèrmica basats en metalls continus. Per exemple, els aliatges basats en Sn-Ag-Cu o Sn-Bi es poden utilitzar com a soldadures estàndard sense plom en envasos electrònics, i sovint s'utilitzen com a materials d'interfície tèrmica. Els seus avantatges són alta conductivitat tèrmica, baixa resistència tèrmica de la interfície, alta fiabilitat i baix cost. El metall líquid és un material d'interfície tèrmica que ha cridat molta atenció en els últims anys. El seu component principal és el gal·li metàl·lic (Ga) i els seus aliatges. Té els avantatges de baix punt de fusió, bona humectabilitat amb xips i baixa resistència tèrmica de la interfície. Tanmateix, com evitar que es desbordi és el major problema i repte dels materials d'interfície tèrmica basats en metalls líquids.
