来源 | Advanced Composites and Hybrid Materials 

链接 | https://link.springer.com/article/10.1007/s42114-025-01316-y

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背景介绍

先进的热界面材料（TIM）要求高含量的陶瓷填料既具有高的各向同性热导率，又具有合适的流变粘度，以确保低的接触热阻。传统的方法往往无法实现这一平衡，并提出了不断的学术和工业挑战。具有高导热性和电绝缘性的陶瓷材料已被建议作为经济实惠的填料，以促进导热复合材料的使用，并避免电气元件之间形成短路电流和信号的相互干扰。各种陶瓷材料，包括氧化物，氮化物，碳化物及其复合物，在这些材料中，氧化物基陶瓷填料由于其高热稳定性、适度的导热性、可成形性和成本效益而特别有利于设计高性能TIM。然而，仍然不足以有效地消散随着技术进步而增加的功耗所产生的大量热量。

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成果掠影

近日，韩国材料科学研究所纳米材料研究部 Young Kook Moon和Sung-Hwan Bae，开发了一种新的方法来提高氧化镁（MgO）/聚二甲基硅氧烷（PDMS）的流变流动性和热导率。添加Ce和Ti的MgO填料的液相烧结促进了低温烧结和致密化，相较于商用氧化铝基热界面材料，实现了更高的导热率。此外，填料具有疏水表面，其增强了与PDMS的有效混合，使高负载TIM仍保持触变状态，降低了与铜基板的接触热阻。该创新方案成功解决了流变粘度与导热性能难以兼顾的行业难题。经改性后的氧化镁填料在提升热导率的同时，还保持优异的电绝缘特性。此项技术突破有望推动先进电子设备用高性能聚合物基热界面材料的创新发展。研究成果以“Engineering oxide ceramic fillers for thermal interface materials: Enhanced thermal conductivity and thixotropy through hydrophobated MgO/PDMS composite materials”为题发表在《Advanced Composites and Hybrid Materials 》期刊。

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图文导读

图1 a.CT-MgO填料合成工艺示意图。b.含铈钛盐的氢氧化镁基本结构单元扫描电镜图，c.CT-MgO扫描电镜图，d.CT-MgO高分辨透射电镜图，e.通过聚焦离子束制备的CT-MgO元素分布图。

图2 合成填料在水分反应之前（a1-c1）和之后（a2-c2）的SEM图像以及（a3-c3）重量变化：（a1-a3）MgO、（b1-b3）T-MgO和（c1-c3）CT-MgO。

图3 a.MgO/ PDMS、b.T-MgO/PDMS和 c.CT-MgO/PDMS TIM的SEM图像。PDMS与颗粒状d MgO、e T-MgO和f CTMgO的接触角。g 填料/PDMS TIM的流体测试的照片，以及TIM的粘度和剪切速率之间的关系（填料/PDMS的体积分数=50体积%）。

图4 a 填料/PDMS复合材料（20-80 vol.%）的面外热导率(κ)；b T-MgO/PDMS 与 c CT-MgO/PDMS 复合材料的截面扫描电镜图；d T-MgO/PDMS 和 CT-MgO/PDMS 热界面材料的显微CT图像（红色区域标示材料内部孔隙）；e 热导率与填料含量的散点分布图（含文献数据对比）；f 基于ASTM D5470标准的测试方法示意图；g T-MgO与CT-MgO填料在80 vol.%/PDMS体系中的接触热阻

图5 CT-MgO/PDMS复合材料的热管理性能。a 涂敷CT-MgO/PDMS热界面材料的主板CPU实装演示；b CPU-TIM-散热风扇的夹层结构示意图；c 温度对比：未使用TIM状态 vs. 商用导热硅脂 vs. CT-MgO/PDMS材料。