随着电子技术的飞速发展,电子设备的功率、组装密度不断提高,导致其功率密度急剧增大,给其散热带来了很大挑战。在高功率密度条件下,电子设备散热系统中的固-固界面接触热阻已经成为影响系统散热效果的关键因素之一,亟待开展高性能热界面材料(Thermal Interface Materials,TIMs)研究,探索界面接触传热的强化方法。近年来,碳纳米管阵列(Vertical Aligned Carbon Nanotube array,VACNT)由于具有优异的导热性能、独特的取向结构、较低的径向面内膨胀系数、以及形貌可适应接触面粗糙度的机械性能,使其作为导热填料或者独立使用,均可能有效降低界面接触热阻。以往研究表明,碳纳米管阵列基热界面材料的传热性能受到制备工艺、结构参数等因素的控制,相关影响规律尚不完全清楚。因此,本文研究碳纳米管阵列基热界面材料的制备工艺、传热性能调控以及热阻分析等方面内容,为碳纳米管阵列在热界面材料领域的应用提供方法支撑。本文实验制备了碳纳米管阵列复合树脂柔性热界面材料,分析了碳纳米管阵列基热界面材料传热性能的影响因素,探索了碳纳米管阵列自支撑薄膜的制备方法,研究了碳纳米管阵列基热界面材料在封装结构中的热阻理论模型,具体内容主要包括以下几个方面:1.复合树脂碳纳米管阵列热界面材料的制备与性能表征制备了宽管径(～80nm)、高结晶度(IG/ID=2.51)、高密度(0.17g/cm3)的碳纳米管阵列,进而利用原位聚合法制备了碳纳米管阵列/环氧树脂(VACNT/Epoxy),碳纳米管阵列/硅酮树脂(VACNT/S160)和碳纳米管阵列/聚氨酯(VACNT/TPU)三种柔性复合热界面膜片,实验测量了复合膜片的传热与机械性能。结果表明,与普通复合树脂碳纳米管阵列热界面材料相比,三种柔性复合膜片的传热特性和机械性能均有大幅度的提高。VACNT/Epoxy膜片的导热系数为13.15 W/(m·K),为环氧树脂的68.57倍,纯碳纳米管阵列的74.6%,比同类研究中制备的VACNT/Epoxy膜片提高170.02%。2.复合树脂碳纳米管阵列热界面材料传热特性的调控研究了碳纳米管合成工艺、管径、高度以及纳米银片改性树脂对复合树脂碳纳米管阵列热界面材料传热性能的影响。(1)通过实验对比发现,浮动辅助催化气相沉积法(vapour-phase floating-catalyst chemical vapor depositon FCCVD)制备的碳纳米管阵列导热性能和耐温性均优于预沉积催化剂气相沉积法(Pre-deposition catalyst chemical vapor deposition,CCVD)制备的碳纳米管阵列。(2)在可制备范围内(20～200nm),碳纳米管阵列管径增大,碳管填充密度增大,导热通道增多,表面传热接触面积增大,碳纳米管阵列的宏观导热系数增大。(3)碳纳米管阵列的导热性能随着高度的增加呈现一个先增加后减小的趋势,5000μm的高度是本文中碳纳米管阵列的最优高度,在此高度下导热系数最高,热阻最低。(4)通过对碳纳米管阵列进行预退火处理,使得碳纳米管阵列复合材料的导热系数提高了 34.52%,界面热阻降低了 65.94%。(5)通过纳米银片改性聚氨酯,建立了三维导热网络结构,碳纳米管阵列复合聚氨酯热界面材料的热阻值在银粉含量为60wt%时,相比不添加降低了 50%。3.碳纳米管阵列自支撑薄膜的制备与界面接触传热特性首次提出热弱氧化法转移阵列和合成转移一体化,实现了合成工艺结束后即可获得碳纳米管阵列的自支撑薄膜,并且面积、形状可控,质量完好,解决了碳纳米管阵列应用中封装金属不耐高温的问题,并且可用多种胶黏剂应用于任何基底。传热特性测试结果表明,VACNT自支撑薄膜转移至Cu基底后,可以使总热阻降低38%。首次提出了VACNT与封装基底间的根部转移组装结构,相比以往的顶部转移,其界面热阻降低50%。4.Au/VACNT/Au自支撑薄膜的制备与界面传热特性研究为了进一步减小VACNT自支撑薄膜与封装界面间的接触热阻,在VACNT表面蒸镀金属纳米层制备了 Au-VACNT-Au薄膜,实现了三明治的导热结构,上下界面为金属纳米层,中间为碳纳米管阵列导热骨架。此薄膜热扩散系数相比纯的VACNT薄膜提高了33%,界面热阻降低了50%。纳米压痕结果发现,Au-VACNT-Au薄膜表面可承受的压力为641mN,而纯的VACNT薄膜仅为7mN。金属纳米层解决了碳纳米管阵列与封装金属间声子传递不一致的问题,既减小了界面热阻,又强化了碳纳米管阵列的传热性能和机械性能。5.界面/碳纳米管阵列基热界面材料/界面的热阻研究总结归纳了碳纳米管阵列基热界面材料封装中的热阻分布特征,分析了影响界面热阻以及总热阻的各种因素,与实验结果对比表明,理论结果与实验结果趋势相吻合。