随着电子工业的不断发展，现代电子设备的能量密度不断提高，这就使得它们在使用过程中会产生大量的热。现代电子设备对高导热界面材料的要求越来越高。获得高热导率的关键是在基体中建立起完整的导热网络。
基与上述背景，北京化工大学材料科学与工程学院卢咏来教授课题组采用发泡法，通过对氧化铝以及凝胶多糖悬浮液进行发泡，利用泡沫将氧化铝及凝胶多糖排斥到泡孔之间，然后在一定温度下加热，发挥凝胶多糖的快速凝胶特性，将导热通路固定下来。图1显示了制备的过程。图2显示了形成的导热通路的结构。
图1
3D-Al2O3-PDMS
复合材料的制备流程示意图
.
图
2
氧化铝骨架材料的
SEM
图像：
(a-d)
不同氧化铝含量的氧化铝骨架材料；
(e-f)骨架材料上的开孔；
(g-i)在氮气中于500 ℃加热的氧化铝骨架材料.
得到导热骨架材料后，他们通过真空浸渍的方法将PDMS注入到骨架材料的泡孔中，PDMS固化后制得复合材料。图3是制备的复合材料截面的SEM图以及EDS图，它们展示了复合材料中氧化铝和PDMS的存在状态。
图3 3D-Al2O3-PDMS的微观结构: (a-c) SEM图片；(d) 3D-Al2O3-PDMS的SEM图像以及Si、Al和O元素的EDS图像.
图4(a)显示了氧化铝凝胶复合材料和通过无规共混法制备的复合材料它们的热导率对氧化铝负载量的依赖性。通过两种方法制备的复合材料的热导率都随着氧化铝质量分数的提高而逐渐增大。当填料的质量分数逐渐增大，填料逐渐在基体中构建起导热通路，使得声子由交替通过基体和填料的方式，逐渐转向更多地在连接起来的填料网络中通过。当氧化铝的含量从22.5 wt%提高到69.6 wt%时，简单共混法制备的复合材料的热导率从0.34 W/m·K提高到了0.97 W/m·K，而制备的氧化铝凝胶复合材料的热导率从0.39 W/m·K提高到了1.25 W/m·K。他们在相同质量分数的氧化铝凝胶复合材料、无规共混复合材料以及纯硅胶样品的下表面加热，并对三者上表面温度变化进行监测。从图4(c)中可以看到，在前100s内，氧化铝凝胶复合材料的传热效率与简单共混复合材料相比具有明显的优势。氧化铝凝胶复合材料具有更快的温度响应。在100s之后温度变化趋于平稳，热传导逐渐达到平衡。
图4
(a) 3D-Al2O3-PDMS
和
Al2O3-PDMS
的热导率；
(b,c) 3D-Al2O3-PDMS
，
Al2O3-PDMS
和
PDMS
的热红外成像和表面温度曲线
该工作已于
Chinese Journal of Polymer Science
印刷出版。
李守俊硕士研究生和李京超博士是该论文的共同第一作者，卢咏来教授为通讯作者。该工作得到教育部装备预研基金(基金号 6141A020222XX)和博士后科学基金(基金号 2020M680405)的资助。
http://www.cjps.org./article/doi/10.1007/s10118-021-2581-4?pageType=en
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2021年6月28日 16:27
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