一種具有取向的氮化硼/超高分子量聚乙烯（BN/UHMWPE）導熱復合材料（TIM）

5G技術的嵌入導致智能設備的功率密度爆炸式增長，過多的熱量積累會降低芯片/熱源的工作效率，甚至加速老化。通過導熱界面材料(TIMs)進行熱管理是改善散熱的有效措施。然而散熱器水平放置在電子產品芯片/熱源頂部，通常要求芯片/熱源與散熱器之間的 TIM 材料具有較大的軸向熱導率，才能提供較高的導熱效率。因此，制備取向性的高導熱材料非常有必要。

六方氮化硼 (h-BN) 具有較高的面內熱導率 (～400 W/m?K)，通過引導 h-BN 填料在軸向上取向來實現結構化熱傳導路徑，是制造垂直排列的 h-BN 高效導熱 TIM 材料的優(yōu)秀原料。然而，現有含有BN取向性導熱材料中，仍存在芯片過熱的極端情況下，TIM材料因為熔體流動而對電子元件造成不可逆的損壞。因此，部分科研單位采用了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)作為基體。與普通熱塑性材料相比，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)由于分子量和纏結大，不存在粘性流動。

以下是華南理工大學機械與汽車工程學院高分子材料先進制造技術與裝備研究所馮彥洪教授在制備具有取向性的導熱材料取得新進展。研究采用偏心轉子固體擠出機，在低于UHMWPE基體熔化溫度（125℃）下，建立定向偏析三維導熱網絡，制備了BN/UHMWPE取向高導熱復合材料。制備的復合材料具有高取向性(取向因子0.826)、高導熱性(6.25 W/mK)、優(yōu)異的電絕緣性和熱穩(wěn)定性，以及在29.2 vol% BN負載下的優(yōu)異成本效益，有望在電子封裝中應用。此外，團隊還提出了蜂窩導熱模型，可以精確計算取向偏析復合材料的理論導熱系數。本研究通過粉末固態(tài)擠壓構建定向三維導熱網絡，為制備高導熱聚合物基熱界面材料(TIMs)提供了一種具有前瞻性和可靠性的策略。研究成果以“Efficient preparation of BN/UHMWPE composites with oriented thermal conductivity by powder solid-state extrusion ”為題發(fā)表于《Composites Part A》。詳情可點擊原文 | https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2023.107598