01 背景介紹
隨著第五代無線通信系統(tǒng)電子元件向小型化、精密化、高集成化方向發(fā)展，高計(jì)算能力帶來的散熱問題日益突出。開發(fā)高導(dǎo)熱基板是解決這一問題的必要條件。聚合物由于其形狀多樣，工作溫度范圍寬，成本效益高，被廣泛用作電子冷卻基板。然而，聚合物的導(dǎo)熱系數(shù)(λ)極低(~ 0.2 W/mK)，無法滿足散熱要求為了將聚合物的λ從~ 0.5提高到~ 2 W/mK，研究人員通過添加高λ值的導(dǎo)熱填料進(jìn)行了許多嘗試。目前制備傳統(tǒng)的高導(dǎo)熱復(fù)合材料常用的方法是直接共混填料連接較少導(dǎo)致熱性能略有增加，并且傳熱路徑的形成需要極高的填料體積分?jǐn)?shù)(>50 vol %)以進(jìn)一步提高λ。在骨架中加入填料的高導(dǎo)熱復(fù)合材料可以有效地以較低的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到較高的λ目前，為了進(jìn)一步提高λ，利用聚合物基質(zhì)構(gòu)建高導(dǎo)熱骨架的研究較多。在自然界中選擇的一些結(jié)構(gòu)類似于高導(dǎo)熱復(fù)合材料。它們通常包括通道骨架和基質(zhì)部分。因此，受自然結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，通過仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來制造具有顯著性能的高導(dǎo)熱復(fù)合材料越來越受到研究人員的重視。
02 成果掠影
近日，北京理工大學(xué)何汝杰教授針對(duì)當(dāng)下電子元件的高可計(jì)算性對(duì)高導(dǎo)熱基板的耗散效率的問題研究取得最新進(jìn)展。本文以自然界結(jié)構(gòu)為靈感，首先通過拓?fù)鋬?yōu)化算法設(shè)計(jì)葉脈狀A(yù)l2O3骨架，并通過還原光聚合(VPP) 3D打印制造，然后與環(huán)氧樹脂(EP)復(fù)合制備葉脈狀生物雜化結(jié)構(gòu)。該雜化結(jié)構(gòu)具有較高的λ (14.65 W/mK，固相分?jǐn)?shù)為40 vol %)，比純EP高5585%，比相同固相量下隨機(jī)分散Al2O3/EP復(fù)合材料高269%。此外，它還進(jìn)一步顯示了發(fā)光二極管(LED)冷卻系統(tǒng)的冷卻生態(tài)效率的高增強(qiáng)。與40 vol %隨機(jī)分散Al2O3/EP復(fù)合材料相比，相同固相含量的葉脈狀生物雜化結(jié)構(gòu)使LED的工作溫度降低了8.9℃。我們的策略作為一種可行的類型和大規(guī)模生產(chǎn)的仿生冷卻基板具有巨大的潛力。研究成果以“3D Printed Leaf-Vein-Like Al2O3/EP Biohybrid Structures with Enhanced Thermal Conductivity”為題發(fā)表在《ACS Applied Materials&Interfaces》期刊。
03 圖文導(dǎo)讀
圖1 葉脈狀冷板結(jié)構(gòu)制備示意圖
圖2 不同固體體積分?jǐn)?shù)的照片
圖3 導(dǎo)熱性能測(cè)試
圖4 熱管理性能測(cè)試
圖5 LED散熱實(shí)測(cè)
標(biāo)簽： 導(dǎo)熱散熱 點(diǎn)擊： 評(píng)論: