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低负载高导热:西安交大成功制备新型碳化硅环氧复合散热材料
2022年01月20日 发布 分类:技术前沿 点击量:330
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1月13日,Advanced Science(先进材料)期刊发表了西安交通大学一项通过生物模板陶瓷化技术和环氧树脂真空浸渍法制备各向异性聚合物复合材料的简便有效方法,获得的环氧基碳化硅材料具有各向异性结构,垂直10.27 W/mk的高导热率(TC),各向异性TC5.77,低线性膨胀系数12.23 ppm/K,负载增强效率高的同时具有高热稳定性和优异的阻燃性。这项工作为先进电子封装领域的多功能应用的高性能热管理材料的设计和制造提供了新的散热解决方案。

论文地址:https://doi.org/10.1002/advs.202103592

bioSiC/EP 复合材料的制备和光学图像。

bioSiC/EP 复合材料的制备和光学图像。

a) bioSiC/EP复合材料的制备过程示意图。b) 以天然杨木为原料的光学图像。c) 碳模板、bioSiC陶瓷和bioSiC/EP复合材料的光学图像。

热管理材料通常由聚合物基体和具有高导热性的无机填料组成。然而,由于填料不可避免的团聚,总是需要大量的填料(高于50vol%)来获得连续有效的热传导路径并达到目标TC值。但,如此高的负载量通常会导致成本高、机械性能下降和加工难度增加。近年来,在聚合物基体中引入预构建的3D填料网络得到了深入研究,目的是显着提高 TC 增强效率。这种想法可以确保大部分能量通过 3D 填料骨架传递,从而避免不必要的聚合物/填料界面热阻。换句话说3D填料框架充当了一个宏观“高速公路”,用于在整个复合材料中快速传输声子,这意味着可以在降低填料负载浓度的情况下实现高TC。

但是,随机互连且均匀的3D填料网络的各向同性特性意味着曲折的热传导路径,无法最大化TC增强效率,如果在聚合物基体中构建垂直排列且紧密互连的3D填料框架有望使传热路径更直,进而促进整个复合材料的热传导。此外,现代电子基板还需要具有低线性热膨胀系数(CLTE)的材料,低CLTE基板材料可以减少基板和电子元件之间的热诱发应力和膨胀失配。

SiC是一种很有前途的聚合物复合材料陶瓷填料,具有高TC、低CLTE、优异的热稳定性和显着的化学稳定性。而树木利用垂直排列的细胞通道来定向输送水分和养分,这是本次研究的灵感。本次研究团队通过使用热解碳模板对 SiO 蒸气进行碳热还原来制造垂直排列且密集互连的 3D 生物质衍生SiC(bioSiC) 骨架然后将EP浸渍到该框架中以获得最终的环氧复合材料(bioSiC/EP)。通过采用这种源自木材的技术,木材组织的各向异性微观结构在bioSiC陶瓷中完全复制。结果如文章开头所述,这证明该方法在设计和制备具有高导热效率的热管理材料方面表现出巨大的潜力。


编译 YUXI

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