圖1.二乙基三胺同步氨基化還原氧化石墨烯以及其與帶相反電性的乳液顆粒之間的靜電自組裝流程圖.
圖2. (a) 六方氮化硼@功能化石墨烯結構示意圖; (b) 複合材料導熱性能示意圖; (c) 類比複合材料在實際電子器件中的散熱效果.
圖3. (a) 六方氮化硼和功能化石墨烯所形成的雙層結構拉曼圖; (b) 複合材料導熱性能示意圖; (c) 類比複合材料在實際電子器件中的散熱效果.
圖4.導熱組分的選擇性分布圖
近日, 中國科學院合肥物質科學研究院應用技術研究所先進材料中心研發團隊, 在先進電子封裝材料研究方面取得系列進展, 相關成果發表在Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Material Research Express, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing上.
新型處理器的運行速度越來越快, 高性能儀器的能耗在不斷增加, 這迫使廉價的 '輔助基板' 或 '依賴設備' 要跟上發展的步伐, 熱管理技術逐漸成為工程師們必須考慮的問題, 對絕緣場合用作封裝和熱界面材料使用的高熱絕緣材料的需求越來越高. 在半導體管與散熱器的封裝, 管芯的保護, 管殼的密封, 整流器, 熱敏電阻器的導熱絕緣, 微包裝中多層板的導熱絕緣組裝及新型高散熱電路基板等方面都需要不同工藝性能的導熱絕緣材料. 研究和開發高導熱絕緣, 力學性能優異的導熱材料顯得非常重要.
石墨烯, 碳納米管等碳材料具備優異的傳熱性能, 但其導電性能限制了它們在電子材料中的應用. 六方氮化硼 (hBN) 作為石墨烯的等電子體, 具有一定的能隙, 原子級平整的表面, 且表面沒有懸掛鍵, 適合與石墨烯通過非共價鍵進行雜化. 課題組在不破壞材料結構的情況下, 設計自組裝合成出系列石墨烯/六方氮化硼 (Graphene/hBN) 雜化結構 (圖1-3) . 利用導熱組分在聚合物中選擇性分布, 獲得絕緣導熱雜化結構 (圖4) . 通過類比, 驗證了該雜化材料在散熱領域的應用可行性. 該類聚合物基複合材料擁有優異的傳熱性能和電絕緣性能, 該材料在先進電子封裝領域以及熱管理領域具有廣闊的應用前景.
在上述工作的基礎上, 合肥研究院應用所研究員田興友主持一項國家重點研發計劃項目, 將帶領課題組進一步開展導熱基板材料的研究與應用開發.
