用於熱管理的分層導熱聚合物納米複合麵料

由於固體材料的導熱係數與電氣係統的溫度變化成反比，這就要求導熱材料表現出與溫度相適應的熱傳輸能力，並集成到動態負載條件的電氣係統的熱管理中。管理電導體中的熱量是滿足能源可持續使用和電力可靠性需求的一個主要挑戰，尤其是在電力電子設備和能源關鍵型電機中更為重要。要實現這些不同的功能，如熱可靠性和電可靠性，就需要合理地設計導熱材料的結構。

02、成果掠影

近期，布法羅大學Shenqiang Ren研究團隊提出了分層導熱納米複合麵料，由納米結構陶瓷共形塗層和混合排列的超高分子量聚乙烯纖維組成，可定製電導體的散熱。混合排列的熱界麵具有非常理想的各向異性高導熱係數，可達0.98W/mK，介電強度為3.4。此外，電隔熱界麵在動態負載條件下表現出高性能和可靠的電氣係統。在相同的電負載下，非均勻陶瓷-聚合物封裝導體的表麵溫度比聚合物封裝導體低17.8℃。研究成果以“Hierarchical thermal-conductive polymer nanocomposites for thermal management”為題發表於《Applied Materials Today》。

03、圖文導讀

圖1 a. 由超高分子量聚乙烯（UHMWPE）和陶瓷塗層組成的導熱材料示意圖。(I)排列UHMWPE纖維。（II）陶瓷塗層UHMWPE纖維。（III）異質陶瓷UHMWPE薄膜。（IV）異質薄膜塗層銅線。(V)異質薄膜盆栽銅線。b.熱導率、密度和介電常數圖和典型的聚合物。

圖2 a.UHMWPE塗層銅導線與UHMWPE聚合物鏈方向夾角的銅導線示意圖。b.帶有UHMWPE塗層的銅線的光學圖像。c.UHMWPE塗層銅線的溫度衰減曲線與電流方向和UHMWPE鏈方向的溫度衰減關係。(d)不同輸入功率下UHMWPE塗層銅線的溫度圖。

圖3 a. 超薄氧化鋁塗層UHMWPE纖維的掃描電鏡及其相應的能量色散x射線光譜（EDS）。b.超薄氧化鋁塗層UHMWPE光纖的透射電鏡（TEM）圖像。c.二氧化矽塗層UHMWPE光纖的掃描電子顯微鏡及其相應的能量色散x射線光譜（EDS）。d.二氧化矽塗層UHMWPE光纖的透射電鏡（TEM）圖像。e.UHMWPE/二氧化矽異相薄膜。插圖顯示了塗覆在UHMWPE纖維上的二氧化矽納米顆粒組裝。f-g.UHMWPE、UHMWPE/氧化鋁和UHMWPE/二氧化矽的傅裏葉變換紅外光譜（FTIR）和熱重分析。