Avancement de la recherche sur les matériaux d'interface thermique
Les matériaux d'interface thermique sont principalement composés de charges et de polymères thermoconducteurs. L'ajout d'une charge thermoconductrice améliore la conductivité thermique du polymère, tout en conservant la bonne flexibilité du polymère's, son faible coût et ses avantages de traitement et de moulage faciles. La conductivité thermique du matériau d'interface thermique dépend de la fraction de charge. Lorsque la fraction de charge est insuffisante, les particules individuelles dispersées ne peuvent pas entrer en contact avec des particules adjacentes (figure 5(a)), et le réseau de particules thermiquement conducteur ne peut pas être formé. Lorsque la fraction de charge atteint un certain niveau (seuil de percolation), un réseau thermique continu commence à se former (figure 5(b)), de sorte que la conductivité thermique du composite polymère augmentera de manière exponentielle.
Cependant, comment préparer une conductivité thermique de plus de 20 W/mK et une valeur de résistance thermique d'interface inférieure à 0,01 Kcm2/W est toujours un énorme défi. En réponse à cette difficulté, dans le cadre du financement du National Key R& D Program-Strategic Advanced Electronic Materials Key Special Project, dirigé par le chercheur Sun Rong, Shenzhen Institute of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences et Shanghai Jiaotong Université, Université du Sud-Est, Université de Tongji et Suzhou Nano, Académie chinoise des sciences L'Institut de technologie et de nano-bionique, l'Institut des matériaux de Ningbo, l'Académie chinoise des sciences et l'Université de Shanghai ont réalisé la conception moléculaire de matériaux d'interface thermique haute performance, mesure à micro-nano-échelle de la résistance thermique de l'interface, et calcul et simulation du mécanisme de couplage acoustique-électronique à l'interface pour développer un matériau d'interface thermique haute performance. Sur cette base, le matériau d'interface thermique préparé est appliqué à des dispositifs électroniques à haute densité de puissance, et son application typique dans des dispositifs électroniques à haute densité de puissance est vérifiée.
Les céramiques ont également une conductivité thermique élevée et une excellente isolation électrique, ce qui est particulièrement adapté aux zones nécessitant une isolation électrique. Parmi les charges céramiques qui ont été signalées, le nitrure de bore (BN) a une conductivité thermique très élevée et devient l'objet de recherche le plus attractif dans les applications de gestion thermique. En 2017, Zhang et al. préparé la membrane h-BN à temps par filtration sous vide, et infiltré l'alcool polyvinylique polymère soluble dans l'eau dans le h-BN pour former un matériau composite h-BN/alcool polyvinylique. Le processus de préparation est illustré à la figure 6(a). Lorsque la teneur en h-BN est de 27 % en volume, la conductivité thermique maximale dans le plan et hors du plan peut atteindre 8,44 W/m·K et 1,63 W/m·K, respectivement (Figure 6(b)). De plus, Yu et al. composites h-BN/polyuréthane thermoplastique préparés par pressage à chaud sous vide. Lorsque la teneur en h-BN est de 95 % en poids, la conductivité thermique dans le plan du matériau composite atteint 50,3 W/m·K, ce qui est cohérent avec les résultats rapportés par Fu et al.
Les métaux ont une conductivité thermique intrinsèque élevée en raison de l'utilisation d'électrons comme porteurs de chaleur, et sont devenus une charge thermiquement conductrice couramment utilisée pour les matériaux d'interface thermique. Par exemple, Xu et al. utilisé la méthode d'électrodéposition pour préparer un réseau d'Ag hautement orienté thermiquement conducteur. Le matériau d'interface thermique préparé par celui-ci a une conductivité thermique de 30,3 W/m·K, ce qui est beaucoup plus élevé que le composite polymère préparé par la méthode de dispersion aléatoire (1,4 W/m·K). Wang et al. ont constaté que sous la même teneur en charge (0,9 % en poids), les nanofils de cuivre ont une plus grande capacité à améliorer la conductivité thermique des polymères que les nanofils d'argent. De plus, la façon de réduire la résistance thermique de l'interface entre le métal et le polymère est très importante. L'amélioration de la modification des molécules organiques ou des charges inorganiques à la surface du métal peut augmenter la force d'interaction entre le métal et le polymère, puis réduire l'interface entre le métal et le polymère. Résistance thermique, améliore la conductivité thermique des composites polymères. De plus, Jeong et al. a récemment introduit le concept de charge de métal liquide dans la matrice PDMS afin de créer un corps thermoélastique avec une conductivité thermique, une élasticité et une extensibilité élevées. Il existe une autre direction de recherche importante sur les matériaux d'interface thermique à base de métal : les matériaux d'interface thermique à base de métal continu. Par exemple, les alliages à base de Sn-Ag-Cu ou Sn-Bi peuvent être utilisés comme soudures sans plomb standard dans les emballages électroniques et sont souvent utilisés comme matériaux d'interface thermique. Ses avantages sont une conductivité thermique élevée, une faible résistance thermique d'interface, une fiabilité élevée et un faible coût. Le métal liquide est un matériau d'interface thermique qui a beaucoup attiré l'attention ces dernières années. Son composant principal est le gallium métallique (Ga) et ses alliages. Il présente les avantages d'un point de fusion bas, d'une bonne mouillabilité avec les puces et d'une faible résistance thermique d'interface. Cependant, comment l'empêcher de déborder est le plus gros problème et défi pour les matériaux d'interface thermique à base de métal liquide.
