[复材信息][复材信息]Small：一种“仿生”导热复合材料，用于CPU散热

2024-12-28

伴随着计算机中心处理单元（CPU）发展，特别是在大功率操作环境下，对热管理系统的需求也在增加。热界面材料（TIM）为了消除额外的紧固件需求，不仅需要提供高传热性和低界面热阻，还需要提供坚固的机械性能。另外，这类材料必须具有阻燃性、长期稳定性和适应性，以确保在下一代CPU的恶劣环境中具有可靠性和高效性。长期以来，高聚物热导体的开发既阻燃又坚固，一直是工业和学术界面临的难题。高传热性能使高聚物能有效地管理工作环境中的热量。自我熄灭的特点保证了安全，高机械质量使高聚物能够承受重大负荷。但是，由于各种功能机制和材料设计，到目前为止，自熄聚合物复合材料的制造具有很高的机械强度和传热性，已经被证明是极具挑战性的。为了在聚合物复合材料中实现高传热，通常需要高负荷的导热颗粒，但这将严重降低材料的机械质量、柔韧性和加工性能。另外，在生产导热复合材料时，使用导热颗粒作为填料会产生一些科学问题。例如，复合材料的传热系数通常低于理论预测，因为填料与高聚物基材之间不可避免地存在接触和界面热阻。另外，填料分布的不连续性增加了界面的数量和面积，从而提高了接触热阻，填料与高聚物之间的弱界面力会引起严重的声子透射。为应对这些挑战，研究者们探索了各种处理这些问题的策略。

近日，邱军教授、中国药科大学副教授周湘、南开大学Zhao 由于机械强度不足、生产成本高、界面热阻高、易燃性强，Weiqiang团队对高导热高聚物的测试取得了最新进展。受苍耳“多刺种子-树皮”3D结构的启发，乙二胺亚甲基膦酸铜被用作“多刺”，功能氧化铝微球被用作“种子”填料，聚氨酯被开发出来。（PUC）复合材料。这种多刺结构可以防止有机磷酸酯自聚，赋予高聚物自熄性，通过将“种子”连接到基质上，提高机械强度和传热性能。树皮状结构使功能颗粒能有效地相互连接，提高复合材料的协同作用。上升表面降低了界面热阻，从而提高了传热性能。由此产生的PUC复合材料表现出令人印象深刻的性能，抗拉强度为15.9 MPa，传热系数为2.51 W m⁻⊃1; K⁻⊃1;，为大功率CPU提供有效的持续冷却。这类复合材料具有低密度、广泛的可用性和环境可持续性，使其成为符合全球发展战略的可持续电子和新能源应用前景的候选人。研究结果是“Cocklebur-Inspired Robust Non-flammable Polymer Thermo Conductor for CPU Cooling"问题发表在Small期刊上。