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韩飞博士:热界面材料用碳基填料的开发(报告)
2024年02月29日 发布 分类:行业要闻 点击量:512
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5G时代巨大数据流量对于通讯终端的芯片、天线等部件提出了更高的要求,器件功耗大幅提升的同时,引起了这些部位电子零部件发热量的急剧增加,同时电磁杂波污染问题日趋严重,无论是使用单一的散热材料还是吸波材料都无法满足市场的要求,因此要解决电子设备面临的散热和电磁干扰问题,开发具有导热和吸波的多功能材料是当下紧迫的需求。当前5G射频芯片、毫米波天线、无线充电、无线传输、IGBT、印刷线路板、AI、物联网等领域对导热、吸波屏蔽材料的需求推动着该领域飞速发展。


使用热界面材料是电子器件进行热管理的常用解决方案,导热吸波材料则是在此基础上的一种升级,在导热填料中混入吸波剂与橡胶基体材料复合,既是吸收电磁波,能消除电磁干扰,也是能传导热量的导热材料。吸波材料通常在基体中添加铁氧体、羰基铁、羟基铁、羟基镍、羟基钴、导电聚苯胺、钛酸钡、石墨、碳纤维等,但填料与基体的导热系数普遍偏低;导热材料目前多采用氧化铝氧化镁氮化铝氮化硅氮化硼等绝缘填料,这些填料均不具备吸波功能。

同时,由于橡胶等基体材料中功能填料的加入总量存在上限,某种(导热、吸波)填料添加量的提升必然造成另一种功能填料添加量的降低,使得导热吸波材料的导热性能与吸波性能存在此消彼长的矛盾,难以实现材料导热性能和吸波性能的同步提升。目前导热吸波材料的研发只能通过综合协调两种填料的添加比例来平衡材料的导热、吸波两种性能指标,无法满足敏感电子器件对材料兼具电磁波吸收功能和高效热传导能力的要求。另外,在电子设备内部,导热吸波材料不仅要考虑自身的散热与电磁波吸收性能,更要注意自身的柔性、导电性、力学性等以防在使用过程中导致材料自身失效或者造成电子设备的损坏。

导热吸波垫片

因此,针对传统双功能填料导热吸波复合材料需要导热剂与吸收剂的同时高填充,会导致复合材料力学性能大幅下降等问题,开发出一体化的兼具导热、吸波双功能的材料应用于导热吸波复合材料的制备成为备受关注的方向。其中,碳基材料具有高热导率和良好的吸波性能,因此在导热吸波领域中表现出了极大的应用潜力。碳导热材料包括碳纳米管、石墨烯和碳纤维等,是已知材料中热导率最高的类型。碳材料主要通过介电损耗来衰减电磁波,由于具有高比表面积、高介电常数和优异的导热性和导电性,被广泛用于高频电磁波吸收材料的制备。

然而,纯碳材料过高的电导率反而会使其阻抗失配,不利于电磁波的吸收,同时需要经过特殊处理,尤其是碳纤维在特定取向才能有高导热的发挥,如何通过表面修饰改性以及结构调控来达到碳基材料在导热、吸波两种功能性上的协调应用,就需要在材料结构设计及制备技术上大做文章了。

在2024年3月3日-5日在苏州举办的“2024年全国导热粉体材料创新发展论坛(第4届)”,将由来自湖南大学的韩飞副教授带来报告“热界面材料用碳基填料的开发”。本报告重点介绍球形石墨和高导热碳纤维在热界面材料中的技术研发和应用性能,并对相关技术发展进行了展望。报告内容主要分为以下五个部分:(1)碳基材料背景介绍;(2)石墨和碳纤维的表面修饰改性;(3)碳材料表面绝缘涂层设计;(4)碳纤维取向结构设计;(5)导热吸波一体化碳基复合材料。

报告人简介


韩飞,湖南大学副教授,博士生导师,湖湘青年英才,新加坡国立大学博士后,斯坦福大学研究助理,从事导热、吸波、屏蔽粉体材料的研究工作,在Angew. Chem.、Adv. Funct. Mater.、Energy Storage Mater. 等国内外权威刊物上发表学术论文50余篇,授权发明专利10余项,主持了国家自然科学基金、湖南省人才创新计划项目、湖南省重点研发计划、长沙市科技计划项目等多项重要科研项目,获得中国复合材料学会科技进步二等奖(2021年)。


苏州导热材料论坛会务组

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