四川大学「国家杰青」联手余桂华，最新Nature Nanotech.！！
学术
2024-10-11 07:39
广东
随着高功率电子设备的快速发展，热界面材料（TIMs）因其在提高热导率和降低界面热阻方面的重要性，成为了研究热点。然而，传统TIMs在高热流密度条件下，往往面临热导率不足和接触热阻高等问题，这严重限制了电子器件的散热性能和稳定性。为了解决这一挑战，四川大学高分子科学与工程学院傅强教授/吴凯副研究员、德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授团队合作在Nature Nanotechnology期刊上发表了题为“Mechanochemistry-mediated colloidal liquid metals for electronic device cooling at kilowatt levels”的最新论文。研究人员探索了新型胶态液态金属（LM）与高导热材料的结合，通过机械化学方法合成了液态金属复合材料，特别是以氮化铝（AlN）为填料的胶态液态金属。该材料展示了优异的界面热传导性能，在不同厚度下显著降低了界面热阻，达到了理论预测值的接近。此外，这些胶态液态金属在不同的流变特性下仍保持良好的流动性，适应高温应用需求。研究结果表明，利用梯度结构的异质界面设计，可以有效改善传统TIMs的性能，为高性能电子产品的散热提供了新的解决方案。通过这种方法，科学家们成功克服了液态金属在实际应用中的限制，推动了TIMs领域的研究进展。1. 实验首次制备了一种新型胶态液态金属（LM）与不同粒径的氮化铝（AlN）结合的复合材料，展现出优异的热界面性能。2. 通过机械化学合成，获得了具有梯度结构的异质界面，显著降低了界面热阻，提升了热导率，成功缩小了与理论预测之间的差距。3. 实验表明，胶态液态金属在不同厚度下表现出低的界面热阻（Reff），同时有效提升了热导率，适用于高热流密度设备的冷却。4. 通过流变学测量，发现胶态液态金属的屈服应力和储存模量随AlN颗粒浓度增加而增强，表明其在高温条件下仍具良好的流动性和适用性。5. 界面热阻的测量结果显示，胶态液态金属的热传导性能优于传统热界面材料（TIMs），为高性能电子产品提供了新的技术路径。
本文的研究揭示了胶态液态金属在热界面材料（TIMs）中的重要应用潜力，特别是通过引入不同粒径的铝氮化物（AlN）颗粒，显著改善了材料的热导率和界面热阻。这一发现为未来高性能电子设备的散热管理提供了新的思路，表明通过合理设计复合材料的微观结构，可以有效提高其热性能。此外，研究中的机械化学合成方法和流变学特性分析为制备更高效的热界面材料奠定了基础，展示了材料科学与工程之间的紧密联系。通过对胶态液态金属的深入研究，本文为优化和开发新型高导热材料提供了科学依据和技术路径，推动了电子设备在高热流密度条件下的应用。这一成果不仅对热管理技术的发展具有重要意义，也为多种能源密集型领域的材料选择提供了新的视角，鼓励科研人员进一步探索材料的设计与应用，推动科学与工程的交叉融合。Wu, K., Dou, Z., Deng, S. et al. Mechanochemistry-mediated colloidal liquid metals for electronic device cooling at kilowatt levels. Nat. Nanotechnol. (2024). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01793-0🌟 同步辐射，找华算 ！三代光源，全球机时，最快一周出结果，保质保量！👉全面开放项目：同步辐射硬线/软线/高能/液体/原位/SAXS/GIWAXS/PDF/XRD/数据拟合！🏅 500+博士团队护航，助力20000+研究在Nature&Science正刊及子刊、Angew、AFM、JACS等顶级期刊发表！
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