核心提示
受2000年度“搞笑诺贝尔奖”的启发，材料厂商积水保力马的科学家们开创性地研发出了“碳纤维磁场定向” 技术。
在这项技术的帮助下，人们成功将碳纤维的取向率提升到90%，进而为5G应用开发出了更高导热率的热界面材料——MANION®碳纤维导热垫片。
超级计算机
（https://krishna.org/are-computer-games-really-conscious/）
于是在那一两年时间里，多路热管理方案厂商都对这个课题展开了研究。
终于在2007年，材料大厂积水保力马的科学家们取得了突破，凭借着在碳纤维方面的技术积累，他们成功开发出了一款颇具创新概念的热界面产品——
MANION 50α碳纤维导热垫片！
碳纤维导热垫片及其横截面电镜照片
(SEKISUI-POLYMATECH内部资料)
当时这款产品一出现就技惊四座——
17.0W/m.K的高导热率不仅“完爆”当年所有的硅脂和垫片，而且即便放到多年后的2021年，它依然足以“吊打”大多数热界面材料！
积水保力马MANION系列碳纤维导热垫片
但遗憾的是，因为技术实在太超前，性能又实在太“过剩”，在那之后的很多年里，MANION 50α就一直被“遗忘”在了超级计算机这类极其“冷门”的应用里。
直到多年后5G建设的大潮袭来，从基站的射频芯片里喷涌而出的热流已经无法再用传统的热管理方案压制。此时的人们才重新想起了当年那款导热率非常给力的碳纤维垫片……
不过现在回头再看，与其说是“生早了”，不如说这款MANION 50α更像是为“5G时代”提前做好的一项技术储备。
因为借由这款产品，积水保力马公司的材料学家们开拓出了一条全新的技术路线——
碳纤维的“磁场定向”！
正是在这项技术的帮助之下，十几年后的今天，人们成功地为5G应用又多打开了一扇通往更高导热率的大门！
实事求是地说，“碳纤维”倒也算不上什么“新材料”，因为它在上世纪的60年代就已经被开发出来了。
虽然碳纤维自身的的导热率异乎寻常的高（1100W/m.K），但是最初人们把它添加进硅橡胶垫片里的时候，垫片整体的导热率却并没有什么明显的提升。
后来研究人员发现，要想用碳纤维制作出“高导热”的垫片，就必须对碳纤维的排布进行干预——
只有让它们在硅橡胶里面的排列都呈现为同一个角度，那么在这个方向上，垫片的导热率才能突飞猛进！
(碳纤维硅胶复合材料中碳纤维排列结构与导热性能研究_陈宇迪)
其实这个现象也很好解释：
在硅橡胶里添加碳纤维，就像往河里扔了一堆“圆木”；而热量就像是想要过河的“人”。
如果只是将“圆木”横七竖八地堆在河面上，是没有几根能让“人”踩着过河的。
随机排布碳纤维形成的导热通路
但是如果把这些“圆木”都以垂直于河岸的角度整齐地排列，那么它们也就变成了很多连接到对岸的“浮桥”，此时就算有再多“人”同时过河也都不是问题了！
所以套用专业话术就是——碳纤维的定向排布，可以形成更多的“导热通路”，进而让硅橡胶垫片具备更高的“导热率”！
理论就是这么简单，但是如何“联系实际”就比较让材料学家们“掉头发”了。
毕竟碳纤维的直径只有10微米，而且数量动辄就有上亿根，要用什么办法才能让它们全部、快速、整齐地排布成同一个角度呢？
还是受到河面上圆木的启发，借助“流体力学”，材料学家们开发出了碳纤维的“流场定向”技术！
碳纤维的“流场定向”
河流中的树木呈现出一致的角度
（https://www.sohu.com/a/237823657_100136913）
那么碳纤维的“流场定向”也差不多是同样的过程：
当人们把碳纤维添加进流动的液态硅橡胶里，这些纤维丝就有机会被“冲刷”成同一个角度。原本凌乱的碳纤维细丝也就在垫片里面实现了一个还比较整齐的“定向排布”！
可以说这是一次“流体力学”与“热传导理论”的跨界合作，有了它们的帮助，人们就能以相对比较低的成本制做出碳纤维导热垫片了！
当然了，这种技术也不是一点bug都没有。
毕竟流体的内部是一个复杂的“混沌系统”，当碳纤维在液态硅橡胶的“河”里随波逐流，我们是很难指望它们能整齐划一地排布成同一个角度的。
实际情况往往是处于外层的碳纤维已经被“冲刷”得很整齐了，但是中间位置的碳纤维却还是处于比较凌乱的状态。
注塑过程中纤维的取向状态
(Investigation of Fiber Orientation States in Injection-Compression Molded Short-Fiber-Reinforced Thermoplastics_Can Yang)
(强制组装法制备碳纤维导热复合材料及其性能_冯 浩)
除此之外，“凌乱”的碳纤维还会带来一个问题——导热垫片的压缩率受到更大的限制！
这主要是因为碳纤维本身就是很不错的导电材料，当垫片被金属散热鳍压缩，接近表层的那些“凌乱”的碳纤维会被“挤在一起”，这就容易形成随机方向的导电通路！
所以在压缩量比较大的情况下，垫片表面二维方向上的的绝缘电阻必然出现骤降，那么在这个位置发生“漏电”的几率就跟着大大增加了！
垫片表层碳纤维取向凌乱电镜照片
从中国赛宝实验室提供的失效案例分析来看，对于那些取向排布比较凌乱的碳纤维垫片，用户在使用的时候的确有必要特别注意控制好压缩量才行！
那么，有没有什么办法能让垫片里的碳纤维尽可能100%地按照人们的意志整齐地定向排布呢？
说来也很有意思，在这个问题上，当年帮助积水保力马的材料学家找到解决思路的，竟然会是2000年度的“搞笑诺贝尔物理学奖”……
“搞笑诺贝尔奖(The IgNobel Prizes)”可谓是科学技术领域的“泥石流”，它每年颁发的奖项都会被微博网友调侃为“无聊的知识”又双叒叕增加了！
当初之所以设立这个奖项，其实是为了鼓励那些“看起来没啥鸟用，但是却能给人启发”的科学研究工作。
2000年度搞笑诺贝尔的“物理学奖”花落两位欧洲科学家。他们的获奖理由是通过施加超强磁场，成功地让一只青蛙“飞”了起来……
乍一看这不过就是两个科学极客搞出来的无厘头实验，但是仔细琢磨会发现它揭示了一个非常“硬核”的科学原理——
物质的“抗磁性”效应！
其实这个实验应该用“楞次定律”来解释，不过此处我们只需要简单粗暴地理解为：
只要对“抗磁性物体”施加足够强的磁场，不管它们有多大多重，都会被磁场改变运动状态！（抗磁性物质磁悬浮可行性分析及实现_刘 畅）
因为所有动植物都是“抗磁性物体”，所以那只青蛙自然也就能在强磁场里“飞”起来了！
正是这个“无聊的”实验，让积水保力马公司的材料学家们突然灵光一闪——不只是青蛙之类的动植物啊，碳纤维不也是“抗磁性物体”吗！
唯一的不同就在于，碳纤维的形态要比青蛙“细长”很多，它的抗磁性强度在“长”和“宽”两个方向上会有一个差值。
所以当强磁场来袭，除了会“飞”起来之外，碳纤维还会被磁感线“拉拽”着偏转到一个能让自己平衡的角度！
那么，这不就是让材料学家们梦寐以求的碳纤维定向排布吗？！（磁場配向による高分子材料の高性能化_木村 亨）
强磁场中偏转的石墨笔芯
有了这个理论做指导，研究工作很快就取得了突破！
积水保力马公司的材料学家们用高达7特斯拉的“超级强磁场”，尝试着让液态硅橡胶里面的碳纤维发生偏转。
最终，他们成功开发出了让碳纤维高度取向排布的导热垫片——MANION 50α！
用电磁场让碳纤维发生偏转
(Positioning and aligning CNTs by external magnetic field to assist localised epoxy cure_G. Ariu)
通过电子显微镜研究人员发现，在MANION 50α垫片的内部，90%以上的碳纤维都偏转到了同一个角度，并且搭建起了完整的导热通路！
正是因为有了这些高质量的导热通路，在2007年一起步，碳纤维垫片就站在了传统导热垫片望尘莫及的17.0W/m.K之上！
碳纤维与粉体填料的添加量vs垫片导热率
再后来5G大潮汹涌来袭，芯片的热量密度不断刷新着记录。没想到不过是三五年的时间，17.0W/m.K的导热率也开始力不从心了……
于是在2019年，紧跟着5G厂商们的节奏，凭借碳纤维磁场定向这套“武林秘籍”，积水保力马从容不迫地将产品的导热率提高到了25.0W/m.K！
在紧随其后的2020年，他们又把这个参数进一步抬升到了更为亮眼的35.0～40.0W/m.K！
就这样，20年前欧洲科学家的那个“无聊的”搞笑诺贝尔奖，最终以这种方式在中国的5G建设中转化成了实实在在的生产力！
而这一小片被5G“捧红”的碳纤维导热垫片，在接下来的20年间又将为世界带来什么新的故事，就让我们继续关注与期待吧！
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