一、背景介绍
碳纳米管（CNTs）因其卓越的导热性、机械柔韧性和在高温下的化学稳定性，在下一代热界面材料（TIMs）中展现出巨大潜力。垂直排列的CNTs聚集体，称为CNT森林，CNT森林由许多柔韧的细纤维组成，这些纤维垂直排列并很好地粘附在接触材料上。然而，在与散热器的界面上，模拟和实验表明，由于声子相互作用的显著不匹配，碳和金属材料之间的界面热阻很高。
二、成果掠影
近日，静冈大学Yoku Inoue团队通过瞬态热响应测量和结构函数分析，研究了垂直排列的高密度碳纳米管及其与金属散热器界面的热阻。在碳纳米管中，热传导主要由声子（声子）主导，而在金属中则由电子主导。这种热载流子的差异在简单的接触条件下会在碳纳米管/金属界面处造成显著的能量传输障碍。团队证明了在碳纳米管尖端形成铝帽层，作为声子桥接层，可以有效地增强界面处的声子-电子耦合。这种方法显著降低了界面热阻，为优化先进热界面材料应用中的热传导提供了潜在的途径。研究成果以“Enhancing thermal conduction properties of vertically aligned CNT forests by reducing interfacial thermal resistance using an aluminum interlayer”为题发表在《Carbon》期刊。
图1.用于热分析的独立碳纳米管（CNT）森林样品的制作示意图。
图2.瞬态热响应和结构函数的热分析。（a）测量系统。（b）测量系统的热等效梯形电路。（c）冷却过程中的瞬态热响应和（d）热电偶（TEG）-冷板配置的结构函数曲线。
图3.碳纳米管尖端的扫描电子显微镜（SEM）图像：（a）蚀刻前，（b）蚀刻后，（c）碳纳米管森林的分离表面（插图：碳纳米管森林从硅基底上移除），以及（d）涂有20纳米铝层的碳纳米管尖端
图4.碳纳米管-不锈钢（SUS）界面结合配置的示意图。
图5.a）热阻和（b）不同铝沉积厚度在尖端处的碳纳米管森林的典型热结构函数。
图6.（a）热阻和（b）在各种接触压力下测量的50纳米铝帽层碳纳米管森林的代表性热结构函数
图7. 碳纳米管/金属界面的热载流子传输模型。