具有高阻尼特性的高導熱凝膠,柔性電子散熱新途徑

2022-12-14
來源:金戈新材官網

隨著5G、新能源汽車的發展,過熱和不可避免的振動已成為嚴重威脅芯片(如CPU和GPU)可靠性的兩個重要因素。為了消除復雜的振動干擾,迫切需要開發兼具高效散熱與減震的新一代的導熱界面材料(導熱凝膠、超軟導熱硅膠片等)。然而,材料的導熱和阻尼特性通常是相互關聯和耦合的。

高導熱和高阻尼復合凝膠的分子結構設計策略。.png

受麥克斯韋理論和壁虎剛毛粘附機制的啟發,中國科學院深圳先進技術研究院孫蓉團隊和南昌大學杜國平團隊合作研究了一種聚二甲基硅氧烷(PDMS)基導熱凝膠,通過在PDMS網絡中引入懸掛鏈,集成了高熱導率和顯著的阻尼特性。該PDMS/Al導熱凝膠可獲得對分子弛豫時間的多尺度控制,從而對能量分級耗散進行多級調控。弛豫時間的擴寬和動態相互作用的協同效應使復合導熱凝膠在寬頻率(0.01~100 Hz)和溫度范圍(–50~150 °C)范圍內表現優異的阻尼性能(tan δ > 0.3)。類似于壁虎的足掌微毛結構,短的懸掛鏈結構通過范德華相互作用可改善PDMS和Al填料之間的粗糙界面,而表現高熱導率(4.72±0.04 W/m·K)。

復合凝膠的減震和振動阻尼性能。.png

本研究證明了該導熱凝膠作為熱界面材料在芯片熱管理應用中的散熱效率是目前商用TIMs(導熱界面材料)的2.1倍,同時也證實了在劇烈振動(10Hz振動頻率)下運行的芯片仍然表現出高效穩定散熱能力。最后,本研究實現了該導熱凝膠在黏度和可加工性之間的平衡,完美展現了該PDMS/Al導熱凝膠的點膠工藝,在柔性可穿戴設備、智能網聯汽車等領域有著巨大潛力應用價值。

高導熱復合凝膠作為熱界面材料的芯片熱管理應用.png

本篇文章的研究團隊認為該項工作為制備用于柔性電子產品的高導熱和高阻尼導熱凝膠開辟了一條新的途徑。該研究成果「High Thermal Conductivity and Remarkable Damping Composite Gels as Thermal Interface Materials for Heat Dissipation of Chip」發表于全球新銳綜合性研究期刊Chip,丁聲昌和范劍鋒為共同第一作者。

從上述介紹可知,該研究成果制備的導熱凝膠以Al為填料,電絕緣性能可能無法得到保證。那么,如何制備絕緣性能更好的高導熱凝膠呢?金戈新材推薦試用GD-S613A、GD-S653A等導熱粉體作為高導熱凝膠的填料,以下是導熱粉體在凝膠(單組份)配方中的應用舉例(不代表最終應用數據,供參考)。

圖片

下圖是由GD-S613A導熱粉體制備的凝膠分別垂直放置在高溫150℃,烘烤1000h)、及冷熱沖擊(-40~125℃,循環200次)后的狀態:鋁板內的導熱凝膠僅輕微開裂,無滲油、無滑移、無變干粉化現象。

導熱凝膠150℃,1000h高溫老化測試.png圖片

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