界面导热材料研究进展_丁孝均
埃洛石纳米管在生物医学应用中的研究进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第8期·3032·化 工 进展埃洛石纳米管在生物医学应用中的研究进展马智，李英乾，丁彤，董俊杰，秦永宁（天津大学化工学院，天津市应用催化科学与工程重点实验室，天津 300072）摘要：埃洛石纳米管（HNTs ）是一种新型的天然硅铝酸盐类纳米材料，具有独特的纳米管状结构及比表面积大、反应活性高等优点，近年来在生物医学运输领域中突显出愈来愈重要的应用价值。
本文简述了HNTs 的结构和性质，分析了HNTs 在生物医学领域应用的可行性，重点阐述了其在酶固定化、生物显像、生物支架、药物及基因靶向运输治疗等生物医学方面的研究和应用现状，并指出了在上述应用领域中HNTs 相对于传统无机纳米材料具有固载效果好、易于化学修饰、生物相容性高、毒性低、靶向选择性高等诸多优势。
最后指出了目前HNTs 在生物医学领域应用中还存在医疗成果转换周期长、成本效益高和药物释放作用机理不明确等挑战，并对其在疾病诊断、靶向递送药物及追踪治疗效果等一系列现代医疗技术的前景进行了展望。
关键词：埃洛石纳米管；载体；酶固定化；药物/基因靶向传递；生物成像中图分类号：O613.72；R945；Q5 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）08–3032–08 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2296Research progress of halloysite nanotubes in biomedical scienceapplicationMA Zhi ，LI Yingqian ，DING Tong ，DONG Junjie ，QIN Yongning（Tianjin Key Laboratory of Applied Catalysis Science & Technology ，School of Chemical Engineering ，TianjinUniversity ，Tianjin 300072，China ）Abstract ：Halloysite nanotube （HNTs ） is a new natural aluminosilicate nanometer material. It has many advantages ，such as unique nano-tubular structure ，high specific surface area ，and high reactivity. In recent years ，HNTs has had more and more important applications in the field of biomedical transport . In this paper ，the structure and properties of HNTs were briefly introduced. The feasibility of HNTs application in biomedical field was analyzed. The researches and applications of HNTs in enzyme immobilization ，biological imaging ，biological scaffold ，targeted transport of cytotoxic drugs and gene ，and other aspects of the application ，were illustrated emphatically. Compared with traditional inorganic nanomaterials ，HNTs has many advantages in the field of biomedical applications such as good immobilization effect ，easy chemical modification ，high biocompatibility ，low toxicity ，and high selectivity. Finally ，the challenges of the HNTs in the field of biomedicine were pointed out ，including long medical results conversion cycle ，high medical costs ，and unexplained drug release mechanism. The prospects of the HNTs in a series of modern medical technologies ，such as disease diagnosis ，targeted delivery of drugs and follow-up treatment ，were also discussed. Key words ：halloysite ；support ；enzyme immobilization ；drug/gene targeting delivery; biological imaging近年来，有关生物医学领域的研究越来越受到人们的关注，尤其是基因改性及药物靶向治疗方面日益受到人们的重视[1]。
石墨烯基复合热界面材料导热性能研究进展
石墨烯基复合热界面材料导热性能研究进展
安盟;孙旭辉;陈东升;杨诺
【期刊名称】《物理学报》
【年(卷),期】2022(71)16
【摘要】随着微纳电子器件热功率密度的迅速增长,控制其温度已成为电子信息产业发展和应用的迫切需求.研发高性能热界面材料是热管理关键问题之一.由于高导热特性,石墨烯基复合热界面材料成为研究热点.从原子尺度深入理解复合体系中声子输运机理,有助于提升复合体系导热性能.本文从石墨烯内热阻和和复合体系界面热阻两方面介绍和讨论石墨烯复合体系导热的研究进展、导热机制以及调控方式.最后对该方向研究成果和发展趋势进行总结和展望.
【总页数】7页(P277-283)
【作者】安盟;孙旭辉;陈东升;杨诺
【作者单位】陕西科技大学;华中科技大学能源与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB3
【相关文献】
1.热压制备改性石墨烯-水泥基复合材料:改善微观结构、导热性能和力学性能
2.氧化石墨烯和石墨相氮化碳增强炭/酚醛复合材料界面热烧蚀性能对比
3.煤基新材料——煤基石墨烯的制备及石墨烯在导热领域应用研究进展
4.用于聚合物基复合材料导热填料的石墨烯及表面功能化研究进展
5.石墨烯含量对铜基复合材料导热性能的影响
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界面导热材料研究进展_丁孝均
配制的导热胶主要用于粘接强度要求较高的电子设
备 ;聚酰亚胺薄膜具有很好的韧性和绝缘强度 , 主要 用作导热双面胶带的基材 。 2.2 导热填料 2.2.1 种类
导热填料分两类 , 一类为导热绝缘填料 , 主要为 金属氧化物 、碳化物及氮化物 , 如 Al2 O3、MgO、ZnO、 SiO2 、BeO、BN、AlN、Si3 N4 、SiC和金刚石粉等 ;另一类 为导热导电性填料 , 以金属粉末为主 , 如 Ag、Ni、石墨 等 。导热填料添加到基体中 , 可提高体系的热导率 , 并对基体补强 , 提高其力学性能 。选择相同加入量的 高热导率填料 , 制备的界面材料热导率更高 。 一些常 见材料的热导率见表 2[ 24] 。
— 5—
运载火箭 、导弹及卫星 。 卫星温控系统中的铝合金部
件之间界面的热阻率约为 0.01(m·K)/W,使用 KDZ2 导热脂后 , 其界面的热阻率 <5 ×10-5(m·K)/W。在 卫星太阳能电池结合板与壳体之间的连接处填充 KDZ -2导热脂 , 可以有效改善太阳能电池的散热性能 。
1.2 导热胶黏剂 导热胶黏剂用于粘接固定电子元器件 , 兼起防潮 、
材料 热导率 / 拉伸强 扯断伸 邵氏 剪切模 损耗 牌号 W·(m·K)-1 度 /MPa 长率 /% 硬度 量 1)/MPa 因子 2)
DRZN-1 0.65 DRZN-2 0.70 DRZN-3 0.70 DRZN-4 1.85 DRZN-5 1.90
2.1
112 62
2.7
0.24
1.4
36.6 65
一些常见材料的热导率见表一些常见材料的热导率tab2thermalconductivityofsomekindsofmaterials材料热导率材料热导率材料热导率金刚石2000氮化硼210丙烯酸酯橡胶027427氮化铝320氯丁橡胶025398氧化镁60硅橡胶020315氧化铝36丁基橡胶010237氧化锌25尼龙156碳化硅270聚乙烯02280氧化铍272聚氯乙烯016界面导热材料常用的填料有氧化铝氮化硼碳化硅氧化镁氢氧化铝或它们的混合物其中氧化铝应用最多
石墨烯基界面导热材料的研究现状
ａ ｌ ｓ ｏ ｓ ｈ ｏ ｗｓ ａ Ｉ １ ｉ ｄｅ ａ ｌ ｔ ｈｅ ｒ ｍａ ｌ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ
（ ＴＩ Ｍ ），ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｌ ｙ ｆ ｉ ｌ ｌ ｓ ｔ ｈｅ ｇａ ｐ ｗｉ ｔ ｈ ｚ ｅ —
边 界热 阻达 １ ０ 。ｍ。・Ｋ／ ｗ［ ， 导致 热 导 率 并 不 随 添 加 量增大 而 明显 提 高 。并 且 碳 纳 米 管 在 工业 应 用 中的成本 仍 旧很高 ， 很难 达 到碳 纳米 管 的定 向排 列 ， 从 而有 效提 高材 料 的热导 率 。碳纳米 管 的这 些不 足 也促 使 寻找更 好 的具有 高热 导率 的填 料 。 。
发 热 量 越 来 越 大 。 因此 ， 散 热 问题 变得 越 来越 重 要 ， 对
ｌ ｅｍ ｐｅｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ
热 管理 技术 的要求 也更 加严 格 。界面 导热 材料 在 热管 理 中起 到 十分 关键 的作 用ｎ ］ 。 界 面导热材 料是 一种 普 遍 用 于集 成 电路 （ Ｉ Ｃ ） 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｝ 同， 增 大界 面接 触， 提 高材 料 的散 热 性 （ 如 图 １所 示 ） 。由于 在 接触 面 问存 在 空气 问 隙 ， 空 气导 热 系数 只 有 ０ ． ０ ２ ５ Ｗ／ （ ｍ・
摘 要 ： 随 着 电子 器 件 等 对有 效 散 热 的 需 求 日 盏迫
切， 石墨 烯基 界 面 导 热 材 料 由于 其优 异 的 热性 能 成 为 近年 来研 究的热 点 。综 述 了石墨 烯基 界 面 导热 材 料 的
加强炼镁传热效率的研究进展
第14卷第6期2023年12月有色金属科学与工程Nonferrous Metals Science and EngineeringVol.14，No.6Dec. 2023加强炼镁传热效率的研究进展郭军华1， 丁天然1， 李培艳1， 孙逸翔1， 刘洁1， 钟素娟1， 张廷安*2（1.郑州机械研究所有限公司新型钎焊材料与技术国家重点实验室， 郑州 450000；2.东北大学冶金学院， 沈阳 110819）摘要：随着轻量化需要日益迫切，金属镁及其合金由于具有质量轻、比强度和比刚度高等特性，应用越来越广泛，镁行业的发展也愈发受人关注。
皮江法是国内炼镁的主要生产工艺，但是随着绿色低碳发展理念的推行，该炼镁工艺在生产过程中传热效率低、还原周期长、能耗高和排放大等缺点突显，一直制约着炼镁行业的发展。
经过多年的研究，学者们在提高镁冶炼传热效率，降低还原温度，缩短还原周期等方面取得一系列成果。
本文主要从还原剂、工艺条件、传热装置3个方面详细综述了提升炼镁传热效率的研究进展，并对未来炼镁技术发展提出了建议和思路，仅供参考。
关键词：镁冶炼；传热效率；还原剂；传热装置；优化工艺中图分类号：TF822 文献标志码：AResearch progress in strengthening the heat transfer efficiencyof magnesium smeltingGUO Junhua 1, DING Tianran 1, LI Peiyan 1, SUN Yixiang 1, LIU Jie 1, ZHONG Sujuan 1, ZHANG Ting ’an *2（1. State Key Laboratory of Advanced Brazing Filler Metals & Technology ， Zhengzhou Research Institute of Mechanical EngineeringCo.， Ltd.， Zhengzhou 450000， China ； 2. School of Metallurgy ， Northeastern University ， Shenyang 110819， China ）Abstract: With the increasing need for lightweight materials, magnesium and its alloys have been widely used because of their light quality, high specific strength and specific stiffness, and the development of the magnesium industry has attracted increasing attention. The Pidgeon process is the main production process of magnesium smelting in China. However, with the implementation of the green and low-carbon development concept, the process has many shortcomings, such as low heat transfer efficiency, long reduction cycle, high energy consumption and large emissions, which has been restricting the development of the magnesium smelting industry. After years of research, scholars have made a series of achievements in improving the heat transfer efficiency of magnesium smelting, reducing reduction temperature, shortening the reduction cycle, etc. In this paper, the research progress in improving the heat transfer efficiency of magnesium smelting was reviewed in detail from three aspects including reductant, process conditions and heat transfer device, and suggestions and ideas on the existing magnesium smelting technology were put forward for reference only.Keywords: magnesium smelting ； heat transfer efficiency ； reducing agent ； heat transfer device ； optimization process收稿日期：2022-11-15；修回日期：2022-12-24基金项目：国家自然科学基金辽宁联合基金资助项目（U1508217）通信作者：张廷安（1960— ），教授，主要从事有色金属冶炼、新工艺的开发、固废处理等方面的研究。
热重分析法对废旧电路板热解过程动力学和热力学分析
第15卷第1期2024年2月有色金属科学与工程Nonferrous Metals Science and EngineeringVol.15，No.1Feb. 2024热重分析法对废旧电路板热解过程动力学和热力学分析阳宇1， 夏勇1， 王君2， 欧阳少波*1， 熊道陵1， 李立清1（1.江西理工大学材料冶金化学学部，江西 赣州 341000； 2.商洛学院化学工程与现代材料学院，陕西省尾矿资源综合利用重点实验室，陕西 商洛 726000）摘要：废旧电路板（SPCB ）是一种典型的有机废弃物，可通过热解技术实现其资源化利用。
采用热重分析技术（TGA ）对其热解特性进行研究，揭示热解过程反应动力学和热力学。
实验在氮气气氛下，考察了不同升温速率（5、10、15 ℃/min ）对SPCB 热失重特性的影响，结果表明热解过程主要发生在250 ~ 400 ℃温度区间，随着升温速率增大，SPCB 热失重（TG ）曲线逐渐向高温方向偏移，在对应的热失重速率（DTG ）曲线中，存在一个明显的失重峰，且峰值温度不断增加，热滞后现象显著。
采用Flynn-Wall-Ozawa （FWO ）模型、Kissinger-Akahira-Sunose （KAS ）模型和Friedman （FM ）模型进行动力学分析，拟合得到平均表观活化能（E a ）分别为168.46、167.31、234.84 kJ/mol ，活化能均随转化率增加而相应增大。
利用FWO 模型对热力学参数进行计算，在相同升温速率下，随着转化率的增大，吉布斯自由能变（ΔG ）逐渐降低，对应的焓变（ΔH ）和熵变（ΔS ）不断增加；在相同转化率时，ΔH 和ΔS 随升温速率增加稍有降低，而ΔG 逐渐增加。
关键词：废旧电路板；热解特性；动力学；热力学中图分类号：TQ524；X784 文献标志码：AKinetics and thermodynamics during pyrolysis of scrapprinted circuit board by TGAYANG Yu 1, XIA Yong 1, WANG Jun 2, OUYANG Shaobo *1, XIONG Daoling 1, LI Liqing 1（1. Faculty of Materials Metallurgy and Chemistry ， Jiangxi University of Science and Technology ， Ganzhou 341000， Jiangxi ， China ； 2. Shanxi Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Tailings Resources ， College of Chemical Engineering and Modern Materials ，Shangluo University ， Shangluo 726000， Shanxi ， China ）Abstract: Scrap printed circuit board (SPCB) is a typical organic waste, which could be utilized as a resource by pyrolysis technology. The pyrolysis characteristics of SPCB were studied by thermogravimetric analysis (TGA) to reveal the reaction kinetics and thermodynamics during the pyrolysis process. Under N 2 atmosphere, the effects of different heating rates, e.g. 5 ℃/min , 10 ℃/min and 15 ℃/min , on the thermal decomposition behavior of SPCB were investigated in detail. The results observed showed that the pyrolysis process was mainly occurred in the收稿日期：2022-12-01；修回日期：2023-04-09基金项目：江西省自然科学基金资助项目（2020BAB214021）；江西省教育厅科学技术研究资助项目（GJJ200809）；陕西省自然科学基金资助项目（2021JQ-840）；江西理工大学大学生创新创业训练资助项目（DC2022-004）通信作者：欧阳少波（1986— ），博士研究生，讲师，主要从事炭材料应用和废弃资源热转化利用方面的研究。
界面热阻对金刚石_银复合材料导热率的影响
2 实验结果及讨论
对制备出的金刚石 银复合材料进行了一些性能测试 (见表 1) , 其中导热率的测定采用激光脉冲 法, 电导率的测定利用涡流导电仪。
表 1 金刚石 银复合材料性能测试结果
金刚石粒度 镀钛
Λm
金刚石 含量 %W t
电导率 m 8 - 1·mm - 2
热导率 Wm - 1K- 1
密度 g·cm - 3
表 2 某些MM C 界面热阻值 (10- 9m 2K W ) [5 ]
RBd 金刚石
Pb 32. 3
Au 25. 0
Ag 25. 0
Al 21. 7
Ti 10. 0
含金刚石的金属基复合材料的界面热阻较大, 其本质是由于金刚石的声速 (声子频率和德拜温度)
很高, 与金属的相容性较差[5]。 所以, 金刚石 银复合材料的导热率随金刚石含量的增加反而下降, 主要
刚石的粒度小于临界半径, 复合材料导热率小于基体银的导热率, 只有当金刚石粒度大于临界半径时,
金刚石才能成为有效介质, 对复合材料的导热率有贡献。也就不难看出, 当金刚石粒度达到 90Λm 时, 界 面热阻的影响已大大减小, 导热率较高, 而金刚石粒度为 1～ 5Λm 时, 粒度小于临界半径, 其界面热阻的
Ξ 校预研基金资助项目 1998 年 4 月 1 日收稿 第一作者: 杨广, 男, 1964 年生, 助理研究员
120
国防科技大学学报
1998 年第 6 期
112 金刚石 银复合材料的制备 采用超声化学方法, 首先制备出表面包覆银的金刚石包覆粉, 然后再将金刚石包覆粉用热压烧结的
方法, 制备出金刚石 银复合材料。
Yang Guang D u Yongguo B a i Shux in L ong Yan H u J un su i Zhang J iachun
《纳米结构的非傅里叶导热》札记
《纳米结构的非傅里叶导热》读书随笔目录一、内容概要 (2)1.1 纳米技术的快速发展 (3)1.2 傅里叶导热理论在纳米领域的挑战 (5)1.3 本书研究的目的和意义 (6)二、纳米结构的基础知识 (7)2.1 纳米材料的定义与特性 (8)2.2 纳米结构的制备与表征 (9)2.3 纳米材料的应用领域 (11)三、非傅里叶导热概述 (12)3.1 传统傅里叶导热理论的局限性 (13)3.2 非傅里叶导热理论的兴起与发展 (14)3.3 非傅里叶导热现象在纳米结构中的表现 (15)四、纳米结构的非傅里叶导热现象研究 (16)4.1 实验研究方法 (18)4.2 数值模拟与理论分析 (19)4.3 结果与讨论 (20)五、非傅里叶导热在纳米结构中的应用 (21)5.1 高效热管理材料的设计 (23)5.2 微纳电子器件的散热优化 (24)5.3 先进复合材料的热性能改进 (25)六、展望与总结 (27)6.1 未来研究方向和挑战 (28)6.2 本书的主要研究成果与结论 (29)6.3 对未来纳米结构非傅里叶导热研究的建议 (30)一、内容概要引言：简要介绍了纳米材料的发展历程，以及纳米结构导热性质研究的重要性。
指出了传统傅里叶导热理论在纳米尺度下可能面临的问题和挑战。
纳米结构的基本性质：详细阐述了纳米材料的结构特点，包括尺寸效应、界面效应等，这些特点对材料的导热性能产生了重要影响。
非傅里叶导热理论概述：介绍了非傅里叶导热理论的基本概念、发展历程和基本原理，为后续分析纳米结构的非傅里叶导热现象提供了理论基础。
纳米结构的导热行为：重点分析了纳米结构材料的导热行为，包括热传导、热扩散、热波动等现象。
通过实例和实验数据，展示了纳米结构材料与传统材料在导热行为上的差异。
非傅里叶导热现象的研究方法：介绍了研究非傅里叶导热现象的实验方法、数值模拟方法等，包括热学测量技术、微观结构表征技术等。
纳米结构材料的应用前景：探讨了纳米结构材料在电子器件、热管理、能源等领域的应用前景，以及非傅里叶导热理论在这些应用中的作用。
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W /(m·K)
材料 热导率 材料 热导率
材料
热导率
金刚石 银 铜 金 铝 镁 铁
2000 427 398 315 237 156 80
氮化硼 氮化铝 氧化镁 氧化铝 氧化锌 碳化硅 氧化铍
Abstract Thermalinterfacematerials(TIMs)arecommonlyusedtoreducethethermalresistancebetweenan electronicdeviceanditscoolingsolution.Thispapersummarizestheprogressinthedesign, composition, propertiesand applicationofTIMsinmicroelectronics.Finally, thedevelopingtrendofthetechniqueisalsopointedout.
关键词 界面导热材料 , 导热 , 热阻 , 导热脂 , 导热橡胶
ProgressofThermalInterfaceMaterials
DingXiaojun ZhaoYunfeng
(AerospaceResearchInstituteofMaterials＆ ProcessingTechnology, Beijing 100076)
材料 热导率 / 拉伸强 扯断伸 邵氏 剪切模 损耗 牌号 W·(m·K)-1 度 /MPa 长率 /% 硬度 量 1)/MPa 因子 2)
DRZN-1 0.65 DRZN-2 0.70 DRZN-3 0.70 DRZN-4 1.85 DRZN-5 1.90
2.1
112 62
2.7
0.24
1.4
36.6 65
热量从元器件内部需经过器件封装材料和散热 器界面再经散热器传递到外部环境 。 热阻分析表明 , 器件与散热器之间界面热阻较大 。原因是固体表面 在微观上粗糙不平 , 即使两固体 表面接触压力高 达 10 MPa, 其实际接触面积仅占名义面积的 1% -2%, 其余部分充满空气 (K空气 =0.0242 W/(m· K)[ 2] )的 孔隙 , 不利于热量传递 [ 3 -4] 。 因此 , 提高电子元器件 散热效率的关键在于降低其与散热装置之间的界面 热阻 。 将界面导热材料填充于接触面之间 , 可驱除接 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 , 提高电子元器件的散热效率[ 5] 。 1 界面导热材料 1.1 导热脂
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
— 5—
运载火箭 、导弹及卫星 。 卫星温控系统中的铝合金部
件之间界面的热阻率约为 0.01(m·K)/W,使用 KDZ2 导热脂后 , 其界面的热阻率 <5 ×10-5(m·K)/W。在 卫星太阳能电池结合板与壳体之间的连接处填充 KDZ -2导热脂 , 可以有效改善太阳能电池的散热性能 。
1.2 导热胶黏剂 导热胶黏剂用于粘接固定电子元器件 , 兼起防潮 、
导热绝缘胶黏剂则具有阻尼导热导电或绝缘等多种功 能 。 [ 13 -14] 1.3 导热橡胶
导热橡胶一般由硅橡胶 、导热填料和承载料组成 , 填料主要是氧化铝 、氮化硼及金属氧化物 , 承载料为玻 璃纤维 、介电膜 、聚酯膜和聚酰亚胺等 , 用于提高橡胶 的绝缘和抗切割性能 。导热绝缘橡胶具有良好的导热 和绝缘性能 , 其表面平整柔软 ,能很好的贴合功率器件 与散热装置 , 达到良好的导热效果 。 导热橡胶可反复 拆卸 , 但要获得较好的导热效能 , 必须对导热橡胶施加 较大的压力 , 使得界面接触紧密 , 但这会引起连接材料 变形 , 在离紧固螺栓某个距离处会发生分离 , 因此紧固 螺栓的跨度不能大[ 15] 。
减振作用 。环氧类导热胶黏剂适于粘接强度要求较高 的电子设备 , 有机硅类导热胶黏剂适用于电子设备的 柔性粘接传热 。 采用由 Al2 O3 、SiO2 、AlN、SiC组成的复 合填料填充环氧树脂 , 制备用于集成电路封装的导热 灌封胶 , 热导率为 1.0 W/(m·K), 性能达到美国同类 产品水平[ 10] 。
Keywords Thermalinterfacematerials, Thermalconducting, Thermalimpedance, Thermalconductivegrease, Thermalconductiverubber
0 引言 技术进步和市场需求促使电子元器件向小型化 、
精密化方向发展 , 其散热成为整 机小型化设计的 关 键 。文献 [ 1] 表明 , 电子元器件温度每升高 2℃, 可靠 性下降 10%;温升 50℃时的寿命只有温升 25℃时的 1 /6。
19.5
0.25
1.5
52.7 67
21.0
0.24
1.1
149 42
1.4
0.30
1.5
131 60
3.1
0.23
注:1)62.5 Hz;2)25℃, 62.5 Hz。
1.4 相变材料 相变材料由融化温度在 50 -90℃的石蜡 、硅烷 、多
元醇 (如 2, 2 -二羟甲基 -丙醇 , 新戊二醇 , C5 H12 O2 ) 等加入导热填料组成[ 17 -18] 。石蜡相变潜热高 、蒸汽压 低 、化学惰性 、性能稳定 , 应用较广泛[ 19] 。 装配于电子 元器件与散热片之间的相变材料 , 当温度达到融化点 后 , 融化为黏度较大的液体 , 润湿配合界面 , 使得配合 面由点接触变为面接触 , 降低了界面热阻 。
在对航空航天产品进行阻尼减振处理时 , 往往既 要改善电子设备的振动力学环境 , 又要满足其散热要 求 , 这就需要使用导热橡胶阻尼材料[ 16] 。航天材料及
工艺研究所研制的几种导热橡胶阻尼材料的主要性能
见表 1。
— 6—
表 1 导热橡胶阻尼材料的性能 [ 16] Tab.1 Propertiesofheat-conductivedampingrubbers
DowCorning公司通过合理设计硅氧烷的分子结 构 , 控制分子量 , 合成不同融化温度和黏度的甲基硅烷 相变材料系列 , 热导率为 0.3 W/(m·K)。通过填充氧 化铝 , 可得到在融化态热导率为 5 W/(m·K)的相变材 料 , 具有极低的热阻 [ 20] 。
相变材料的优点是常温下呈固态 , 可制成垫片 , 便 于装配 , 无导热脂的易沾污性 。工作时可获得类似于 导热脂的低界面热阻 , 通常作为导热脂的替代材料 。 与导热脂一样 , 相变材料不适用于要求绝缘的电子产 品 , 并且在融化成液态时有从界面流出的可能 。 1.5 导热胶带
210 丙烯酸酯橡胶 0.27
320
氯丁橡胶
0.25
60
硅橡胶
0.20
36
丁基橡胶
0.10
25
尼龙 6
0.25
270
聚乙烯
0.22
272
聚氯乙烯
0.16
界面导热材料常用的填料有氧化铝 、氮化硼 、碳 化硅 、氧化镁 、氢氧化铝或它们的混合物 , 其中氧化铝 应用最多 。 氧化铝热导率高 , 价格便宜 , 阻燃性能优 异 , 通过粒径配比后 , 可制得高热导率的界面导热材 料 。但氧化铝对聚合物的补强作用较差 , 一般需采用 玻璃纤维增强 。 氧化铝硬度高 , 对接触界面具有磨蚀 性 , 不适合航天或其他振动环境恶劣的场合[ 25] 。
导热脂是以硅油或矿物油为载体 , 加入导热填料
研磨成的膏状物 。 其热导率一般为 0.6 -1.2 W/(m ·K), 将其涂抹于传热界面 , 能够充分浸润传热界面 , 降低界面热阻 。 LawrenceS.Mok分别测试了填充氧 化锌导热脂 、二氧化硅导热脂 、氮化硼橡胶片 、氧化铝 橡胶片和导热凝胶的热阻 , 结果表明氧化锌导热脂热 阻最低 [ 6] 。
界面导热材料的基体主要有硅油 、矿物油 、硅橡 胶 、环氧树脂 、聚丙烯酸酯 、聚乙烯 、聚丙烯 、聚氨酯 、 聚氯乙烯 、聚酰亚胺等 [ 21] 。硅油耐温性能好 , 化学性 质稳定 、饱和蒸气压低 , 主要用于制备导热脂 。 硅橡 胶在界面导热材料中得到广泛应用 。 L.H.Meyey的 研究表明 [ 22 -23] , 高比例添加相同质量比的同种导热 填料 , 高温硫化成型导热硅橡胶由于致密性较高 , 其 热导率明显高于室温硫化成型硅橡胶 。 用环氧树脂
界面导热材料研究进展
丁孝均 赵云峰
(航天材料及工艺研究所 , 北京 100076)
文 摘 综述了导热脂 、导热胶黏剂 、导热橡胶 、导热胶带及相变材料等几类界面导热材料 (TIMs)的组成 成分 、制备方法 、主要性能 、应用领域及其优化设计方法 , 并对国内外界面导热材料的发展进行了展望 。
航天材料及工艺研究所研制了多种导热胶黏剂 。 HYJ-51高温导热绝缘胶可在 200℃下使用 , 其热导率 ≥0.84 W/(m·K), 200℃下 的铝 -铝 拉剪强 度 4.9 MPa。研制的低温导热绝缘胶在液氢液氧温度下的拉 剪强度 ≥18 MPa, 热导率为 0.63 -0.70 W/(m·K), 用 于火箭氢氧发动机系统表面温度传感器的端封和胶接 安装 [ 12] 。 研制的阻尼导热导电多功能胶黏剂和阻尼
http:/ / 宇航材料工艺 2010年 第 6期
配制的导热胶主要用于粘接强度要求较高的电子设
备 ;聚酰亚胺薄膜具有很好的韧性和绝缘强度 , 主要 用作导热双面胶带的基材 。 2.2 导热填料 2.2.1 种类
导热填料分两类 , 一类为导热绝缘填料 , 主要为 金属氧化物 、碳化物及氮化物 , 如 Al2 O3、MgO、ZnO、 SiO2 、BeO、BN、AlN、Si3 N4 、SiC和金刚石粉等 ;另一类 为导热导电性填料 , 以金属粉末为主 , 如 Ag、Ni、石墨 等 。导热填料添加到基体中 , 可提高体系的热导率 , 并对基体补强 , 提高其力学性能 。选择相同加入量的 高热导率填料 , 制备的界面材料热导率更高 。 一些常 见材料的热导率见表 2[ 24] 。