新型傳熱技術(shù)對電子器件的正常運行至關(guān)重要，熱管理能力不足可能導(dǎo)致其性能下降及關(guān)鍵組件故障。電子器件具備高集成度、高能量密度和強充放電能力，其在瞬態(tài)過程中產(chǎn)生的高熱通量或帶來潛在的安全風(fēng)險。相變熱界面材料應(yīng)用于電子器件散熱能夠提高導(dǎo)熱性能并降低熱阻，但其導(dǎo)熱性、儲熱能力、穩(wěn)定性、靈活性和經(jīng)濟性等要求相互制約。目前，有效疏散瞬態(tài)高熱通量的熱管理技術(shù)是高功率密度電子器件面臨的難題之一。
中國科學(xué)院青海鹽湖研究所研究團隊以三水醋酸鈉為相變材料，通過多孔膨脹石墨構(gòu)建封裝空間，設(shè)計了無機相變薄膜。研究通過膨脹石墨在不同方向?qū)娱g交聯(lián)形成3D多孔支撐骨架構(gòu)建“熱橋”，實現(xiàn)了熱量多維度傳遞。當(dāng)電子器件臨界熱失控，相變薄膜主動儲存熱量，“熱傳導(dǎo)+熱吸收”雙重?zé)峁芾頇C制可緩沖電子器件瞬時熱通量，同時PVDF的引入使相變薄膜獲得熱誘導(dǎo)柔性、良好的阻燃與電絕緣性能。這一工作使熱失控電池模塊溫度降低10℃，CPU表面溫度降低20℃。
進一步，該研究設(shè)計了新型雙連續(xù)相變熱界面材料，由石蠟和柔性分子苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)組成儲熱相(PCM)，由粘附性聚氨酯和導(dǎo)熱介質(zhì)氮化硼組成導(dǎo)熱相。研究通過剪切力和優(yōu)化的兩相體積比促進氮化硼取向，在高PCM含量的雙連續(xù)結(jié)構(gòu)中形成織構(gòu)化的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。同時，研究引入SBS以提高材料抗彎性和熱穩(wěn)定性。這一工作使可穿戴設(shè)備的表面溫度降低23℃。
上述工作為新能源汽車電池、高性能計算及可穿戴電子產(chǎn)品熱管理的應(yīng)用奠定了一定理論基礎(chǔ)并提供了實踐參考，也為提高電子系統(tǒng)的可靠性和安全性提供了新策略。
相關(guān)研究成果分別發(fā)表在《能源》(Energy)和《化學(xué)工程雜志》(ChemicalEngineeringJournal)上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金等的支持。(工人日報客戶端記者 于忠寧)
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