【摘 要】
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电子技术的高速发展对散热技术提出了更高的要求,热界面材料（TIM）作为散热技术的关键材料之一,面临着提高导热系数、减小有效热阻的挑战。在众多的导热填料中,将高导热的碳材料进行定向排列可以显著提升热界面材料的导热系数。将固-液相变材料引入热界面材料,可以借助其熔化来提高热界面材料的表面润湿性,从而起到减小热阻的作用。本论文将定向排列碳材料（碳纳米管和碳纤维）与可发生固-液相变的石蜡相结合,研制了两种
【基金项目】
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国家研发计划项目（2020YFA0210704）；
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电子技术的高速发展对散热技术提出了更高的要求,热界面材料（TIM）作为散热技术的关键材料之一,面临着提高导热系数、减小有效热阻的挑战。在众多的导热填料中,将高导热的碳材料进行定向排列可以显著提升热界面材料的导热系数。将固-液相变材料引入热界面材料,可以借助其熔化来提高热界面材料的表面润湿性,从而起到减小热阻的作用。本论文将定向排列碳材料（碳纳米管和碳纤维）与可发生固-液相变的石蜡相结合,研制了两种新型的相变热界面材料。在第一部分工作中,将垂直碳纳米管阵列（VACNTs）和固-液相变材料石蜡（PA）与有机硅弹性体（SR）复合,研制了一种新型VACNTs/PA/SR复合相变垫片。研究表明,通过磁场校准方法可以使表面改性的镀镍多壁CNTs在SR中实现垂直定向排列,所得VACNTs/SR垫片较CNTs随机排列的垫片具有更高的导热系数,并确定VACNTs/SR垫片中CNTs的适宜含量为6 wt%。对于CNTs含量固定为6 wt%而PA含量不同的一系列VACNTs/PA/SR相变垫片,研究发现,PA的添加量不大于12.5 wt%时,所得相变垫片都克服了液态PA的泄露;相变垫片在PA发生固-液相变后表现出硬度显著下降,乃至热阻减少可达50%,并具备优异的热可靠性。散热性能评价表明,与使用VACNTs/SR垫片的情况相比,使用VACNTs/PA/SR相变垫片时的模拟芯片不仅在温度上升阶段的升温速率更小,而且当芯片达到散热平衡后对应的平衡温度也更低,显示出更好的散热性能。在第二部分工作中,针对VACNTs/PA/SR相变垫片的导热系数不高的问题,改用垂直排列短切碳纤维（VASCF）为导热填料,并与PA相结合,研制新型的VASCF/PA/SR相变导热垫片。研究表明,采用静电植绒法成功地制备了VASCF/SR导热垫片,当SCF体积分数为60%时,其导热系数可达6.76 W/（m·K）。当PA在PA/SR相变垫片中的体积分数不大于30%时,可以借助SR的互穿网络克服PA的液相泄露问题;对PA/SR体积分数比固定为3/7、SCF含量不同的系列VASCF/PA/SR相变导热垫片进行研究发现,随温度从30℃上升到70℃,不仅它们的导热系数稍有提升,而且其硬度呈现显著的下降,从而致使其热阻明显降低,这是源于PA发生了从固-液相变。在散热性能方面,与VASCF/SR垫片相比,同SCF体积分数的VASCF/PA/SR相变垫片都表现出更低的模拟芯片平衡温度,显示出VASCF/PA/SR相变垫片在散热性能上的优势。其中,散热性能最佳的VASCF/PA/SR相变导热垫片导热系数高达6.99 W/（m·K）,并且PA含量在100次冷热循环中没有出现下降,表现出优异的热可靠性,从而在电子散热领域具备实际应用潜力。
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