過熱問題是限制微電子器件進一步集成化、高密度化、小型化發(fā)展的關鍵。具有優(yōu)異散熱能力的熱界面材料（TIMs）可以橋連熱源和散熱器，實現(xiàn)熱流的定向耗散。其中，以環(huán)氧樹脂為基體的TIMs具有高粘接、力學強度高、電絕緣等優(yōu)勢，可以有效降低接觸熱阻并提升電子設備的可靠性。然而，環(huán)氧樹脂較低的熱導率和各向同性分散的導熱填料的散熱能力有限。另一方面，環(huán)氧樹脂的高粘結(jié)性和不溶不熔特性也不可避免地加劇“電子垃圾”問題。因此，開發(fā)兼具高導熱和可回收的環(huán)氧TIM具有重要意義。
中科院寧波材料所劉小青研究員一直致力于可持續(xù)熱固性樹脂研究，創(chuàng)制了系列高性能生物基熱固性樹脂（Prog. Polym. Sci., 2021, 113, 101353; Green Chem., 2021, 23, 8643; Chem. Eng. J., 2022, 428,131226; Compos. B: Eng., 2020, 190, 107926），并發(fā)展了新的熱固性樹脂高值回收方法（碳回收、全組分回收）和多種功能性復合材料（Adv. Mater., 2022, 2209545; Small, 2022, 18, 2202906; Nano Energy, 2022, 100, 107477; ACS Nano, 2021, 15, 12, 19490-19502; Chem. Eng. J., 2023, 460, 141882; Compos. Sci. Tech., 2023, 238, 110028）。
圖3. 復合材料的各向異性導熱對比、有限元模擬結(jié)果
圖4. 復合材料用作TIM時的散熱性能和循環(huán)穩(wěn)定性
由于環(huán)氧基體較低的玻璃化溫度和鍵交換溫度，環(huán)氧TIM可以在適當溫度下產(chǎn)生觸變性，從而填充粗糙表面，逐漸降低接觸熱阻。所計算的接觸熱阻為3.74 × 10-5 K m?2 W?1，接近商售硅脂的2.82 × 10-5 K m?2 W?1。由于較高的面內(nèi)導熱和較低的接觸熱阻，該TIM可以將芯片的中心熱量擴散至整個平面，從而增加散熱面積。在等時間內(nèi)，環(huán)氧TIM對應的中心溫度相比填料含量近似的商售硅脂（1 W m-1K-1）低20 ℃。
此外，得益于多重不穩(wěn)定鍵賦予的可分級降解性，該復合材料能在使役周期結(jié)束后，在溫和的化學條件下形成多相水解體系，實現(xiàn)全組分回收。經(jīng)計算，BN回收率高達96.2%，其它原料回收率為73.6%-82.4%。本工作為可持續(xù)TIM材料的設計和全組分回收提供了思路。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.143963
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