近日，我校材料科学与工程学院吴唯教授课题组通过实现多维微纳陶瓷填料的可控组装，在应用于芯片与散热器之间高性能柔性聚合物基热界面材料研究领域取得重要进展。相关成果以“ZnO nanowire-decorated Al2O3 hybrids for improving the thermal conductivity of polymer composites”为题，以封面论文形式，发表在最新一期国际著名材料科学期刊《Journal of Materials Chemistry C》上（Journal of Materials Chemistry C, 2020,8(16):5380-5388. DOI:10.1039/C9TC06805H）。
随着微电子工业向高集成、轻量化和多功能等方向快速发展，芯片等电子元器件的封装密度急剧增加，由此而来的热管理问题愈发成为制约下一代尖端芯片发展的瓶颈。据统计，电子元器件的温度每升高10-15℃，其相应的使用寿命将会降低50%。因此，采用高性能柔性聚合物基热界面材料（TIMs）填充芯片与散热器之间因不完全接触产生的大量微纳米级孔隙，从而提高热量在此热界面中的传递效率是确保芯片高效运行的有效手段。
吴唯教授课题组利用仿生纳米工程，实现了“一维”氧化锌纳米线（ZnONWs）在“零维”微米氧化铝（Al2O3）表面的可控组装，制备出了新型“海胆状”微纳杂化陶瓷填料Al2O3-ZnONWs。由于表面含有大量类针状结构的ZnONWs，毗邻Al2O3之间的接触状态由“单点接触”转变为“多点接触”，使得聚合物内部导热通路的数量及密度得到大幅度提高，从而促进了热量在整个TIMs中的扩散。其次，ZnONWs构成的纳米级梯度相界面明显降低了柔性基体硅橡胶与Al2O3之间因弹性模量不匹配而产生的高额界面边界热阻，提高了热量在聚合物/填料边界上的传递效率。加入该高长径比Al2O3-ZnONWs后，使硅橡胶的导热系数提高了577%。与此同时，纳米梯度ZnONWs相界面引起的空间位阻效应还有效提高了TIMs的热稳定性及基础力学性能。这一工作系统阐述了Al2O3-ZnONWs这一新型杂化导热填料的制备理论，揭示了其在聚合物内部的热量传输机制，为高性能柔性聚合物基热界面材料（TIMs）的制备提供了理论依据，可有效解决目前高集成化芯片所面临的散热效率不高的问题。
材料科学与工程学院博士研究生刘超是该成果的第一作者，吴唯教授与德国埃尔朗根-纽伦堡大学Dietmar Drummer教授是共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委（NSFC）与德国研究联合会（DFG）联合基金“中德合作研究小组”、国家留学基金委创新型人才国际合作培养项目“中德合作新型功能高分子材料高端研发人才的国际联合培养”等项目资助。
原文链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/tc/c9tc06805h