Šiluminės sąsajos medžiagų tyrimų eiga
Šiluminės sąsajos medžiagos daugiausia sudarytos iš šilumai laidžių užpildų ir polimerų. Pridėjus šilumai laidžio užpildo, pagerėja polimero šilumos laidumas, išsaugomas geras polimero' lankstumas, maža kaina ir lengvo apdorojimo bei formavimo pranašumai. Šiluminės sąsajos medžiagos šilumos laidumas priklauso nuo užpildo frakcijos. Kai užpildo frakcijos nepakanka, išsklaidytos atskiros dalelės negali liestis su gretimomis dalelėmis (5 (a) pav.) ir nesusidaro šilumai laidus dalelių tinklas. Kai užpildo frakcija pasiekia tam tikrą lygį (perkoliacijos slenkstį), pradeda formuotis ištisinis šiluminis tinklas (5(b) pav.), todėl polimero kompozito šilumos laidumas padidės eksponentiškai.
Tačiau, kaip paruošti didesnį nei 20 W/mK šilumos laidumą ir mažesnę nei 0,01 Kcm2/W sąsajos šiluminės varžos vertę, vis dar yra didžiulis iššūkis. Reaguojant į šį sunkumą, finansuojant Nacionalinio rakto R&D programos strateginį pažangių elektroninių medžiagų pagrindų specialųjį projektą, kuriam vadovavo mokslininkas Sun Rong, Šendženo pažangiųjų technologijų institutas, Kinijos mokslų akademija ir Šanchajus Jiaotong. Universitetas, Pietryčių universitetas, Tongji universitetas ir Sudžou Nano, Kinijos mokslų akademija Technologijos ir nanobiotikos institutas, Ningbo medžiagų institutas, Kinijos mokslų akademija ir Šanchajaus universitetas atliko didelio našumo šiluminės sąsajos medžiagų molekulinį projektavimą, Mikro-nano masto sąsajos šiluminės varžos matavimas ir akustinio-elektroninio sujungimo mechanizmo apskaičiavimas ir modeliavimas sąsajoje, siekiant sukurti aukštos kokybės šiluminės sąsajos medžiagą. Tuo remiantis paruošta šiluminės sąsajos medžiaga taikoma didelio galios tankio elektroniniams prietaisams ir patikrinamas jos tipinis pritaikymas didelio galingumo tankio elektroniniuose įrenginiuose.
Keramika taip pat pasižymi dideliu šilumos laidumu ir puikia elektros izoliacija, kuri ypač tinka vietoms, kurioms reikalinga elektros izoliacija. Tarp keraminių užpildų, apie kuriuos pranešta, boro nitridas (BN) turi labai aukštą šilumos laidumą ir tampa patraukliausiu šilumos valdymo tyrimų objektu. 2017 metais Zhang ir kt. laiku paruošė h-BN membraną vakuuminiu filtravimu ir vandenyje tirpų polimerinį polivinilo alkoholį infiltravo į h-BN, kad susidarytų h-BN / polivinilo alkoholio kompozicinė medžiaga. Paruošimo procesas parodytas 6 paveiksle (a). Kai h-BN kiekis yra 27 tūrio proc., didžiausias plokštumos ir už plokštumos šilumos laidumas gali siekti atitinkamai 8,44 W/m·K ir 1,63 W/m·K (6 pav. b). Be to, Yu ir kt. paruošti h-BN/termoplastiniai poliuretano kompozitai naudojant vakuuminį karštąjį presavimą. Kai h-BN kiekis yra 95 masės%, kompozitinės medžiagos šilumos laidumas plokštumoje yra net 50,3 W / m · K, o tai atitinka Fu ir kt. pateiktus rezultatus.
Metalai turi didelį vidinį šilumos laidumą, nes elektronai naudojami kaip šilumos nešikliai, ir tapo dažniausiai naudojamu šilumai laidžiu užpildu šiluminės sąsajos medžiagoms. Pavyzdžiui, Xu ir kt. panaudojo elektrodepozicijos metodą labai orientuotam Ag šilumai laidžiui tinklui paruošti. Jo paruoštos šiluminės sąsajos medžiagos šilumos laidumas yra 30,3 W/m·K, kuris yra daug didesnis nei polimero kompozito, paruošto atsitiktinės dispersijos metodu (1,4 W /m·K). Wang ir kt. nustatė, kad esant tokiam pačiam užpildo kiekiui (0,9 masės%), variniai nanolaidai turi didesnį gebėjimą pagerinti polimerų šilumos laidumą nei sidabriniai nanolaidai. Be to, labai svarbu, kaip sumažinti sąsajos šiluminę varžą tarp metalo ir polimero. Patobulinus organinių molekulių arba neorganinių užpildų modifikavimą ant metalo paviršiaus, gali padidėti metalo ir polimero sąveikos jėga, o tada sumažinti metalo ir polimero sąsają. Šiluminė varža, pagerina polimerinių kompozitų šilumos laidumą. Be to, Jeong ir kt. Neseniai PDMS matricoje pristatė skysto metalo užpildo koncepciją, kad būtų sukurtas termoelastinis korpusas, pasižymintis dideliu šilumos laidumu, elastingumu ir tempimu. Yra dar viena svarbi metalo pagrindo šiluminės sąsajos medžiagų tyrimo kryptis – ištisinės metalo pagrindo šiluminės sąsajos medžiagos. Pavyzdžiui, Sn-Ag-Cu lydiniai arba Sn-Bi gali būti naudojami kaip standartiniai bešviniai lydmetaliai elektroninėse pakuotėse ir dažnai naudojami kaip šiluminės sąsajos medžiagos. Jo pranašumai yra didelis šilumos laidumas, maža sąsajos šiluminė varža, didelis patikimumas ir maža kaina. Skystas metalas yra šiluminės sąsajos medžiaga, kuri pastaraisiais metais sulaukė daug dėmesio. Pagrindinis jo komponentas yra metalinis galis (Ga) ir jo lydiniai. Jo pranašumai yra žema lydymosi temperatūra, geras drėkinamumas su drožlėmis ir žema sąsajos šiluminė varža. Tačiau didžiausia skysto metalo pagrindo šiluminės sąsajos medžiagų problema ir iššūkis yra tai, kaip išvengti jo perpildymo.
