一種具有柔軟，可拉伸的4W/m·K彈性導熱凝膠

電子封裝中的導熱材料到智能控制設備中的傳感器，功能性聚合物材料應用廣泛。導熱凝膠是常用的復合材料之一，其要實現優異的導熱性能通常需要填充較高填充量(>50%)的導熱粉體，這會使材料的拉伸性和順應性惡化。良好的柔韌性使導熱凝膠能夠更好地貼合非均質組分的不規則表面，從而降低熱阻。然而，更好的柔韌性往往意味著聚合物內部的分子鏈具有更強的流動性，當受到外力作用時，它們更容易發生永久性變形，不可避免地導致析出、分層、開裂和空隙形成。例如，針對可拉伸和柔軟材料，提出了降低纏結密度和引入懸垂鏈等策略，但以犧牲彈性為代價。因此，為了保證復合凝膠的性能和可靠性，將優異的拉伸性能和回彈性能整合到導熱凝膠中是一項具有挑戰性的任務。

近期，中國科學院深圳先進技術研究院任琳琳副研究員開發了一種具有優異的彈性、韌性和可拉伸性的導熱界面材料。該團隊用超高填充量的導熱粉體，制備了柔軟(0.13 MPa)，可拉伸(172%)和彈性(>70%)的導熱凝膠。這些性能的實現得益于：通過控制聚合物網絡中彈性組分(即交聯)和粘性組分(即自由大分子)的比例和延遲填料網絡的結構來實現的。導熱凝膠的高拉伸性主要是由松散纏結和剛性交聯的協同作用決定的，其中松散纏結將施加的力轉移到較大的區域，而剛性交聯則阻止纏結的解纏。高彈性狀態下的填充網絡決定了其回彈性，既調和了聚合物網絡的能量耗散，又拓寬了變形范圍，實現了高回彈性。此外，鋁導熱粉體的超高負載(90 wt%)使導熱凝膠具有高導熱系數(4.04 W/mk)。在熱沖擊測試中，導熱凝膠在器件運行溫度范圍內表現出優異的熱沖擊穩定性。在循環加熱/冷卻測試中，該導熱凝膠也表現出比市售熱界面材料(TIM)更穩定的散熱，該研究結果為設計適合于TIMs的導熱凝膠奠定了基礎。相關研究成果以“Toward soft, stretchable and resilient high filled composite gels for potential application as thermal interface materials ”為題發表于《Composites Science and Technology 》。

（原文 | https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2023.110206）。