中國粉體網(wǎng)訊 近日,，清華大學(xué)丘陵副教授、中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院成會明院士和華南理工大學(xué)熊志遠教授提出了界面聲子橋策略,，旨在降低二維材料TIM的接觸熱阻,。相關(guān)工作以“Low thermal contact resistance boron nitride nanosheets composites enabled by interfacial arc-like phonon bridge”為題發(fā)表在《Nature Communications》上。
六方氮化硼納米片（BNNS）因其高熱導(dǎo)率及出色的介電性能,，被認為是下一代高性能熱管理材料,。然而，當(dāng)其用作熱界面材料（TIM）,，高接觸熱阻嚴重限制其應(yīng)用,。目前具有高熱導(dǎo)率的垂直序化的二維材料被廣泛報道，但二維材料在復(fù)雜界面的熱傳導(dǎo)機制仍不明晰,，限制其性能進一步提升,。此外，高端TIM市場目前由國外企業(yè)壟斷,。因此,，二維材料在復(fù)雜界面處的熱傳輸機制理解,、高性能二維材料TIM的設(shè)計及規(guī)�,；苽洌蔀樨酱鉀Q的卡脖子問題,。
在此背景下,，丘陵研究團隊提出了界面聲子橋策略。該研究團隊利用BNNS與粘塑性聚合物混合,，通過易量產(chǎn)的堆疊-切割工藝,，制備具有弧形結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱墊片,。SEM結(jié)果顯示，BNNS-TIM體相中的BNNS呈現(xiàn)高度一致的垂直排列,，而在切割表面附近,，形成特殊的弧形結(jié)構(gòu)。
BNNS- TIM的制備和微觀結(jié)構(gòu)（圖源：Nature Communications）
熱阻是評價TIM在實際應(yīng)用場景下散熱性能的重要指標(biāo),。研究團隊發(fā)現(xiàn)70 wt.%含量的BNNS-TIM具有超低熱阻（0.059 in²W K-¹）,，性能遠高于目前報道的數(shù)值和商用高端導(dǎo)熱產(chǎn)品。此外,，BNNS-TIM還具有高介電強度,，適用于高電場環(huán)境下電子設(shè)備的散熱。文章用雷達圖展示了BNNS-TIM在熱,、力和電學(xué)方面的綜合優(yōu)勢,，突顯了其廣闊的應(yīng)用前景。
BNNS TIMs的熱性能（圖源：Nature Communications）
為了進一步理解70wt.%填量下BNNS-TIM出現(xiàn)的熱阻最優(yōu)值,，文章將熱阻進一步拆分成材料熱阻與接觸熱阻,。發(fā)現(xiàn)隨著BNNS含量增加，總熱阻逐漸減小,，但接觸熱阻逐漸增加,，使得熱傳導(dǎo)瓶頸由材料主導(dǎo)轉(zhuǎn)向接觸主導(dǎo)。研究發(fā)現(xiàn),，具有類似硬度的70 wt.% 和80 wt.%填量的BNNS-TIM在熱阻值上顯示巨大差異,，這是由于70 wt.%填量BNNS-TIM的獨特弧形結(jié)構(gòu)能有效地在界面處傳輸聲子。分子動力學(xué)模擬結(jié)果表明,，BNNS的接觸角度對界面熱傳輸有顯著影響,。
界面聲子橋策略的有效性（圖源：Nature Communications）
該研究團隊聯(lián)合欣旺達、vivo等企業(yè),，展示了BNNS-TIM的巨大工業(yè)應(yīng)用潛力,，通過堆疊-切割工藝可以實現(xiàn)簡單高效規(guī)模化生產(chǎn),。與商業(yè)產(chǎn)品相比,，BNNS-TIM在靜壓下能夠?qū)崿F(xiàn)更好的降溫效果，使其能應(yīng)用于快充電池散熱等高壓散熱情景,。
參考來源：Nature Communications,、清華大學(xué)深圳國際研究生院、高分子科學(xué)前沿
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/梧桐）
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