直立石墨烯柔性导热材料制备技术现状与进展

      近年来电子元器件朝着高密度、高集成和微型化的方向发展,可以快速转移多余热量的热界面材料随之成为研究热点,石墨烯因其优良的导热性能成为制备热界面材料的理想选择之一。为了将发热源产生的热量迅速传递到散热板上,诱导石墨烯在竖直方向上的排列成为值得关注的研究方向。
为了避免多余的热量对电子元器件造成损坏,通常会使用热界面材料(Thermal Interface Materials,TIMs)来将多余的热量快速释放到环境中。
      TIMs是一种普遍用于集成电路封装和电子散热的材料,主 要用于填补两种材料接合或接触时产生的微观空隙及表面凹凸不平的孔洞,增大界面接触,将电子元器 件产生的多余热量快速传导并扩散到周围环境或冷却系统中。其原理是由于在热源表面和散热器的接 触面间存在极细微的凹凸不平的空隙,在安装时,两者间的实际接触面积仅占散热器底座面积的10%。 而空隙中则被空气所占据,空气导热系数只有0.025Wm -1·K -1,是热的不良导体,导致接触热阻非常大,严重阻碍了热量的有效传导,造成散热性能低下。具有较高热导率的热界面材料可填充于接触面之间,驱除接触界面孔隙内的空气,在整个接触界面上形成连续的导热通道,这样可以大幅度降低接触热阻,提高散热效率Acumen Research and Consulting 最 近 发 布 的 报 告 “Thermal InterfaceMaterials Market Size, Share, Growth Opportunities and Forecast 2019—2026”中指出,全球热界面材料市场预计 在2019年至2026年期间将以约 10.5% 的复合年增长率增长,到 2026 年将达到约 33 亿美元的市场价值。
      石墨烯超高的面内热导率及优异的机械性能为制备高导热柔性热界面材料提供了可能。 由于二维材料易于在面内取向,实现石墨烯的垂直排列具有一定难度。目前已开发出的多种获得垂直取向石墨烯材料的手段根据材料中石墨烯的来源及成型方式分为两类,为自上而下法和自下而上法,各有所长。自上而下法主要是对已有的石墨烯类材料进行工艺上的加工处理,使其达到直立排列,既包含纯 石墨烯,也包含和其他材料的复合体系。工艺上大多数简单,且成本低廉,易于规模化。而以PECVD 为 代表的自下而上法所制备得到的直立石墨烯目前拥有相对较高的导热系数,具备良好的散热潜力。