纳米级in situ接口接对绝缘环氧复合材料宏观导热性的影响:一个多尺度模拟调查
Dongliang Ding1,2, Ruoyu Huang3, Bo Peng4
1Shaanxi Key Laboratory of Macromolecular Science and Technology, Key Laboratory of Special Functional and Smart Polymer Materials of Ministry of Industry and Information Technology, School of Chemistry and Chemical Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China.
ACS nano
|September 28, 2023
概括
带有面向六角化 (h-BN) 框架的新聚合物复合材料显示了显著改善的导热性. 这是通过使用化学蒸汽透 (CVI) 来接h-BN接口来实现的,从而降低了热电阻,以便在电子包装中更好地散热.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 聚合物复合材料 聚合物复合材料
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 绝缘,导热的聚合物复合材料对于集成电路组件至关重要,以管理热量并防止短路.
- 由于界面热阻,现有材料在实现最佳导热性方面往往面临限制.
- 六角化 (h-BN) 是一个有前途的填充剂,因为其优良的内在热性能.
研究的目的:
- 开发具有增强散热能力的新型绝缘,导热聚合物复合材料.
- 为了研究化学接六角化 (h-BN) 接口对导热性的影响.
- 使用先进的模拟技术,阐明跨多个尺度的传热机制.
主要方法:
- 通过自组装和现场化学蒸汽透 (CVI) 接口接,制造连续定向的六角化 (h-BN) 框架 (o-BN@SiC).
- 制备o-BN@SiC/环氧 (o-BN@SiC/EP) 复合材料的方法.
- 多尺度模拟结合第一原则计算,蒙特卡洛模拟和有限元素模拟来分析热传输.
主要成果:
- 用CVI-SiC接的BN-BN接口显著降低了接口热电阻,从400降至3.83nK·m2/W (降低99%以上).
- 这种显著的热阻降低导致o-BN@SiC/EP复合材料的热导率比与物理接触的对应材料相比提高了26%.
- 在接接口的声波传输和合被确定为改善接口传热的关键机制.
结论:
- 化学接h-BN接口是一种高效的策略,可以大大降低聚合物复合材料的接口热阻.
- 开发的o-BN@SiC/EP复合材料表现出优越的导热性,使其适用于苛刻的热管理应用.
- 多尺度模拟方法为纳米级界面现象提供了关键的见解,这些现象控制了复合材料中的宏观热传输.
