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  新型處理器的運(yùn)行速度越來越快，高性能儀器的能耗在不斷增加，這迫使廉價的“輔助基板”或“依賴設(shè)備”要跟上發(fā)展的步伐，熱管理技術(shù)逐漸成為工程師們必須考慮的問題，對絕緣場合用作封裝和熱界面材料使用的高熱絕緣材料的需求越來越高。在半導(dǎo)體管與散熱器的封裝、管芯的保護(hù)、管殼的密封，整流器、熱敏電阻器的導(dǎo)熱絕緣，微包裝中多層板的導(dǎo)熱絕緣組裝及新型高散熱電路基板等方面都需要不同工藝性能的導(dǎo)熱絕緣材料。研究和開發(fā)高導(dǎo)熱絕緣、力學(xué)性能優(yōu)異的導(dǎo)熱材料顯得非常重要。

  近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院應(yīng)用技術(shù)研究所先進(jìn)材料中心研發(fā)團(tuán)隊，在先進(jìn)電子封裝材料研究方面取得系列進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在Composites Part A: Applied Science and Manufacturing、Material Research Express、Composites Part A: Applied Science and Manufacturing、Composites Part A: Applied Science and Manufacturing上。

  石墨烯、碳納米管等碳材料具備優(yōu)異的傳熱性能，但其導(dǎo)電性能限制了它們在電子材料中的應(yīng)用。六方氮化硼（hBN）作為石墨烯的等電子體，具有一定的能隙、原子級平整的表面，且表面沒有懸掛鍵，適合與石墨烯通過非共價鍵進(jìn)行雜化。課題組在不破壞材料結(jié)構(gòu)的情況下，設(shè)計自組裝合成出系列石墨烯/六方氮化硼（Graphene/hBN）雜化結(jié)構(gòu)（圖1-3）。利用導(dǎo)熱組分在聚合物中選擇性分布，獲得絕緣導(dǎo)熱雜化結(jié)構(gòu)（圖4）。通過模擬，驗(yàn)證了該雜化材料在散熱領(lǐng)域的應(yīng)用可行性。該類聚合物基復(fù)合材料擁有優(yōu)異的傳熱性能和電絕緣性能，該材料在先進(jìn)電子封裝領(lǐng)域以及熱管理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖1.二乙基三胺（DETA）同步氨基化還原氧化石墨烯以及其與帶相反電性的乳液顆粒之間的靜電自組裝流程圖。

圖2.（a）六方氮化硼@功能化石墨烯結(jié)構(gòu)示意圖；（b）復(fù)合材料導(dǎo)熱性能示意圖；（c）模擬復(fù)合材料在實(shí)際電子器件中的散熱效果。

圖3.（a）六方氮化硼和功能化石墨烯所形成的雙層結(jié)構(gòu)拉曼圖；（b）復(fù)合材料導(dǎo)熱性能示意圖；（c）模擬復(fù)合材料在實(shí)際電子器件中的散熱效果。

圖4.導(dǎo)熱組分的選擇性分布圖

  在上述工作的基礎(chǔ)上，合肥研究院應(yīng)用所研究員田興友主持一項(xiàng)國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目，將帶領(lǐng)課題組進(jìn)一步開展導(dǎo)熱基板材料的研究與應(yīng)用開發(fā)。

論文鏈接:

1.http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359835X15004431

2. http://iopscience.iop.org/article/10.1088/2053-1591/aa5b60

3.http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359835X17300428 

4. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359835X17301379