由于固體材料的導(dǎo)熱系數(shù)與電氣系統(tǒng)的溫度變化成反比，這就要求導(dǎo)熱材料表現(xiàn)出與溫度相適應(yīng)的熱傳輸能力，并集成到動態(tài)負載條件的電氣系統(tǒng)的熱管理中。管理電導(dǎo)體中的熱量是滿足能源可持續(xù)使用和電力可靠性需求的一個主要挑戰(zhàn)，尤其是在電力電子設(shè)備和能源關(guān)鍵型電機中更為重要。要實現(xiàn)這些不同的功能，如熱可靠性和電可靠性，就需要合理地設(shè)計導(dǎo)熱材料的結(jié)構(gòu)。

02、成果掠影

近期，布法羅大學(xué)Shenqiang Ren研究團隊提出了分層導(dǎo)熱納米復(fù)合面料，由納米結(jié)構(gòu)陶瓷共形涂層和混合排列的超高分子量聚乙烯纖維組成，可定制電導(dǎo)體的散熱。混合排列的熱界面具有非常理想的各向異性高導(dǎo)熱系數(shù)，可達0.98W/mK，介電強度為3.4。此外，電隔熱界面在動態(tài)負載條件下表現(xiàn)出高性能和可靠的電氣系統(tǒng)。在相同的電負載下，非均勻陶瓷-聚合物封裝導(dǎo)體的表面溫度比聚合物封裝導(dǎo)體低17.8℃。研究成果以“Hierarchical thermal-conductive polymer nanocomposites for thermal management”為題發(fā)表于《Applied Materials Today》。

03、圖文導(dǎo)讀

圖1 a. 由超高分子量聚乙烯（UHMWPE）和陶瓷涂層組成的導(dǎo)熱材料示意圖。(I)排列UHMWPE纖維。（II）陶瓷涂層UHMWPE纖維。（III）異質(zhì)陶瓷UHMWPE薄膜。（IV）異質(zhì)薄膜涂層銅線。(V)異質(zhì)薄膜盆栽銅線。b.熱導(dǎo)率、密度和介電常數(shù)圖和典型的聚合物。

圖2 a.UHMWPE涂層銅導(dǎo)線與UHMWPE聚合物鏈方向夾角的銅導(dǎo)線示意圖。b.帶有UHMWPE涂層的銅線的光學(xué)圖像。c.UHMWPE涂層銅線的溫度衰減曲線與電流方向和UHMWPE鏈方向的溫度衰減關(guān)系。(d)不同輸入功率下UHMWPE涂層銅線的溫度圖。

圖3 a. 超薄氧化鋁涂層UHMWPE纖維的掃描電鏡及其相應(yīng)的能量色散x射線光譜（EDS）。b.超薄氧化鋁涂層UHMWPE光纖的透射電鏡（TEM）圖像。c.二氧化硅涂層UHMWPE光纖的掃描電子顯微鏡及其相應(yīng)的能量色散x射線光譜（EDS）。d.二氧化硅涂層UHMWPE光纖的透射電鏡（TEM）圖像。e.UHMWPE/二氧化硅異相薄膜。插圖顯示了涂覆在UHMWPE纖維上的二氧化硅納米顆粒組裝。f-g.UHMWPE、UHMWPE/氧化鋁和UHMWPE/二氧化硅的傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和熱重分析。