美開發出新型熱界麵材料 導熱性能在原有基礎上提高20倍
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，形成一種新型熱界麵材料，導熱性能在原有基礎上提高了20倍。新材料能夠在高達200℃的溫度下可靠操作，可用於散熱片中幫助服務器、汽車、高亮度LED(發光二極管)中的電子設備散熱。該研究成果提前發表在近日《自然·納米技術》雜誌網絡版上。
隨著電子設備功能越來越強、體型越來越小，散熱問題也變得越來越複雜。工程師們一直在尋找更好的熱界麵材料，來幫助電子設備有效散熱。非晶態聚合物材料是熱的不良導體，因為它們的無序狀態限製了熱傳導聲子的轉移。雖然可以通過在聚合物中創建整齊排列的晶體結構來改善其導熱性，但這些結構是由纖維拉伸工藝形成的，會導致材料易碎。
佐治亞理工學院喬治·伍德拉夫機械工程學院助理教授巴拉圖德·克拉說，新的熱界麵材料是利用共軛聚合物聚噻吩製成的，其整齊的納米纖維陣列既有利於聲子的轉移，也避免了材料的脆性。新材料在室溫下的導熱率達到4.4瓦/米·開爾文，並已在200℃溫度下進行了80次熱循環測試，性能依舊穩定；相比之下，芯片和散熱片之間的熱界麵常用的焊錫材料，在回流的高溫過程中工作時可能會變得不可靠。
納米纖維陣列結構是通過多個步驟製造而成的：研究人員先將含有單體的電解質塗在一塊帶有微小孔隙的氧化鋁模板上，然後向模板施加電勢，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製，纖維的直徑則由孔隙的大小決定，從18納米至300納米不等。傳統熱界麵材料的厚度約為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，該技術仍需進一步改進，但他相信將來可以擴大生產和商業化。“類似這樣可靠性高的材料對於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計電子係統的方式。”
