电声耦合效应对热界面材料导热性能影响的研究进展

随着摩尔定律的发展,在半导体器件、电池和生物医药器件尺度减小,结构精细,元器件的功率密度提高的趋势下,其对热界面材料的性能要求逐渐提高.微纳结构设计对材料的工作效率和使用寿命有很大影响.因此科研人员使用新的合成方案,结构设计,模拟及测量方法来改进热界面材料并提高电子器件的耐用持久性.本文综述了热界面材料的研究现状,分类...     

聚丙烯腈基高模量碳纤维导热性能的影响因素

采用激光闪射法测试了6种不同强度和模量的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维(CF)的热导率,探讨了不同温度下CF轴向热导率的变化及样品厚度对热导率测试结果的影响。采用X射线衍射(XRD)、拉曼等技术检测了CF的微晶尺寸、取向及有序度,考察了CF热导率与其微观结构的相关性。结果显示,实验范围内PAN基CF样品厚度对热导率测试结果略有影响,热导率随测试温度升高而降低,PAN基CF的致密性、晶体尺寸及结构有序度对其热导率有较大影响。     

纤维分布方式对碳纤维—铜复合材料导热性能的影响

研究了纤维排布方式和纤维含量对碳纤维－－铜复合材料热悍率的影响，结果表明，随纤维含量增加，复合材料的热导率下降；短纤维无序分布的复合材料的热导率大于纤维呈双向正交和涡卷状分布的复合材料的热导率。     

碳纤维对聚碳酸酯/氮化硼复合材料导热性能和力学性能的影响

首先制备了聚碳酸酯/氮化硼(PC/BN)复合材料,考察了BN含量对复合材料导热性能和力学性能的影响,实验结果表明BN可以提高PC的导热性能,当BN含量为30%时,PC/BN复合材料的导热系数为1.38 W/(m·K),比纯PC的导热系数提高了约7倍,但PC的力学性能损坏严重。在PC/BN复合材料中填充少量碳纤维(CF),结果表明少量CF的加入,不仅可以进一步提高PC/BN复合材料的导热性能,而且还可以较显著地改善其力学性能。当CF含量为7%时,PC/BN/CF的导热系数、拉伸强度、弯曲强度和冲击强度比PC/BN复合材料的分别提高了14.5%,113%,64%和157%。     

填充颗粒导热性对复合材料导热性能的影响

基于ANSYS Workbench稳态热分析模块,利用均匀化方法,研究了填充颗粒导热性对填充型复合材料导热性能的影响。结果表明,依靠增大填充颗粒导热系数来提高复合材料整体的导热性能有一定局限性,填料导热系数与基体材料导热系数之比存在一个临界值。在相同体积分数下,随着比值的增大复合材料导热系数增加,当达到临界值后继续增大比值复合材料的导热系数基本不变。不同形状的填充颗粒有不同的临界值,圆柱形颗粒的临界值略大于正方体形和球形,而且对于同一种形状的填充颗粒,随着填充分数的增大临界值略有增加。     

热态流变对中间相基炭材料导热性能的影响

以中间相沥青为原料,在变径模具中通过热态高压流变剪切促进分子有序排列制备了中间相有序块体导热炭材料。采用XRD、SEM和偏光显微镜表征了流变收缩比(1∶1、2∶1、2.5∶1和3∶1)对中间相有序排列块体炭材料微观织构及导热性能的影响。结果表明:中间相沥青在高压流变剪切的作用下实现了中间相炭微球之间的融并和有序生长,最终形成了微观有序、类纤维结构特征的块体炭材料。流变收缩比的提高,促进了中间相炭微球之间的融并生长,从而有利于获得更为完美的石墨结构。流变剪切不仅促进了中间相炭微球之间的有序融并在轴向形成了类纤维组织结构,而且能够促进径向不同层面之间中间相炭微球有序融并所形成细棒状纤维结构,正是该结构的存在改善增加了样品的导热系数。当流变收缩比由1∶1增加到3∶1时,样品轴向导热系数由96.88 W/(m.K)增大至131.02 W/(m.K),径向导热系数由140.85 W/(m.K)增大至160.46 W/(m.K)。流变收缩比的提高缩小了样品两维方向上导热特性的差异。     

退火效应对非晶TbFeCo薄膜磁性能的影响

详细研究了退火效应对非晶TbFeCo薄膜磁滞回线的影响。 10 0℃退火表明 ,薄膜保留较大的垂直磁各向异性、矫顽力和很好的矩形比 ,磁致伸缩各向异性是引起矫顽力下降的主要原因。经 13 0℃退火显示 ,矫顽力和垂直磁各向异性明显下降 ,薄膜仍展示垂直于膜面的矫顽力和磁滞回线 ,但是薄膜显示一清晰的平面内磁各向异性。实验表明 ,矫顽力和垂直磁各向异性的大大降低只是与退火温度的升高有关 ,而长时间的退火并不能有效影响薄膜的磁性和矫顽力。     

碳纤维随机填充橡胶复合材料导热性能的数值模拟

运用随机顺序添加算法RSA(Random sequential addition method),基于均匀化理论建立了碳纤维填充橡胶复合材料代表体积单元RVE(Representative volume element)模型,利用有限元方法数值模拟研究了碳纤维对橡胶复合材料导热性能的影响。结果表明:在相同的填充分数下,碳纤维根数对复合材料导热性能的影响较小;合理安排碳纤维空间分布及纤维取向能有效提高复合材料的导热性能;复合材料的导热性随着碳纤维填料含量及长径比的增加而增大;与理论模型相比,基于碳纤维填料随机分布模型所得模拟结果与实验值较接近,尤其在高填充分数时与实验值吻合较好,可以更好地预测纤维填料填充复合材料的导热性能,对制备具有高填充分数的高导热复合材料具有一定的指导意义。     

高含量氧化铝对EVA胶膜导热性能的影响

制备了高填充Al2O3/EVA复合胶膜。研究了Al2O3粒径、用量及表面性质等对复合胶膜导热性、力学性能以及粘合性的影响。采用激光闪射法测定了胶膜的导热性,动态粘弹谱仪测定了其动态粘弹性,热重分析仪测定了胶膜热失重曲线,并采用扫描电镜(SEM)观察了复合胶膜中Al2O3的分散和界面结合状态。结果表明,加入乙烯醋酸乙烯酯(EVA)胶膜质量80%的偶联剂改性Al2O3,可使复合胶膜导热系数提高1.2倍以上,Al2O3/EVA界面结合良好;热稳定性提高,而且胶膜具有良好粘合性和较高强韧性。     

改性氮化铝对有机硅树脂导热性能的影响

为了进一步提高氮化铝(AlN)填充有机硅树脂的导热能力,采用丁二酸(Sa)和硅烷偶联剂KH-570共同对AlN表面进行处理,并填充到甲基含氢硅油交联的甲基乙烯基硅油树脂(SR)中,制得氮化铝-丁二酸/有机硅复合材料(SR/Sa-AlN)。研究结果表明,Sa的加入有助于AlN的表面改性,提高复合材料的导热能力;粒径为2.0μm改性的SR/Sa-AlN有机硅复合材料的效果最好,采用粒径为2.0μm的改性SR/Sa-AlN与碳化硅(SiC)(粒径40nm)复配,配合比为60∶40条件下,制得的有机硅树脂基导热复合材料(SR/Sa-AlN/SiC)的导热系数为1.285W/(m·℃),达到了工业对导热胶的应用要求。     

热机械处理中退火时间对Fe-Mn-Si基合金形状记忆效应的影响

热机械处理能显著改善Fe-Mn-Si基合金的形状记忆效应。本工作中,对铸态Fe-Mn-Si基合金进行热锻、20%冷轧变形及固溶处理,随后在1073 K对部分经10%室温拉伸变形的试样进行不同时间退火处理。借助背散射电子显微分析(EBSD)、RGM-4300型万能试验机、示差四端电阻法及弯曲法研究热机械处理中退火时间对Fe-Mn-Si基合金微观组织和形状记忆效应的影响规律。结果表明：固溶态Fe-Mn-Si基合金的可恢复应变为4.1%;当经过退火时间为10 min的热机械处理后,合金的可恢复应变显著提高至5.3%;当进一步延长热机械处理的退火时间,合金的可恢复应变随之下降;当热机械处理的退火时间为180 min时,合金的可恢复应变下降至4.9%。随着热机械处理的退火时间延长,退火孪晶分数增加,堆垛层错密度下降,从而导致Fe-Mn-Si基合金促进应力诱发ε马氏体相变和抑制塑性滑移的能力变弱。这是Fe-Mn-Si基合金的可恢复应变随着热机械处理的退火时间延长而降低的主要原因。     

形貌可控氧化铝对硅橡胶复合材料导热性能的影响

为了研究不同形貌氧化铝在硅橡胶基体中构成三维导热网络结构的效率,研究了制备条件对填料形貌的影响,通过改变水热反应条件制得了长度约6μm、直径0.2μm和1μm的棒状氧化铝(AF-2和AF-5)及直径在1～10μm的球形氧化铝(AF-6)。利用Hashin-Shtrikman模型表征了3种形貌氧化铝填料在硅橡胶基体中构建三维网络结构的效率,研究表明,填料AF-2、AF-5和AF-6质量分数为20%时的相互作用率(Χ_(inter))分别为0.056,0.093和0.034。与此同时,实验结果表明,AF-5对硅橡胶的介电性能破坏最小,其复合材料具有最低的介电常数和介电损耗,更有利于复合材料在电子行业的应用。     

高温对混凝土强度及导热性能的影响研究

本文通过Hot Disk瞬态平面热源法和单轴压缩试验,对经历不同温度(25~800°C)后混凝土的导热系数、抗压强度、破坏形态随温度的变化规律进行研究。     

高填充ZnO对EVA胶膜导热性能的影响

制备了高含量ZnO/EVA胶膜。研究了ZnO粒径、用量等对复合胶膜导热性能、力学性能以及粘接性的影响。比较了晶须ZnO与粉状ZnO对复合胶膜导热系数的影响。采用热重分析仪测定了胶膜热失重曲线,并采用扫描电镜(SEM)观察了复合胶膜中ZnO的分散和界面结合状态。复合材料导热系数的实验结果与Maxwell-Eucken模型较吻合,但Maxwell-Eucken模型只适用于低填充情况。     

金属基复合材料界面导热性能的扫描热探针测试

利用扫描热探针方法,以微米级的空间分辨率,分析测试了三种馆长在复合材料（ＭＭＣ）界面特征和界面导热性能,应用数学统计方法对扫描热显微镜（ＳＴhM)的形貌和热电压数据进行处理和转换,获得 面宽度和界面导热率数据,结果表明,金属基复合材料宏观导热性能与增强相一基体界面的导热性能密切相关。     

热退火对KDP晶体微结构的影响

用X射线衍射和Raman光谱技术研究了KDP晶体165℃退火前后微观结构的变化。实验发现退火24h可以减小晶体生长过程中带来的晶格的畸变，提高了晶体的完整性，缩小晶体中键长和键角的变化范围，使晶体内应力得以部分释放。对于快速生长的晶体，退火的效果更加显著。     

石墨烯填充对不同聚合物导热性能和热稳定性的影响

为研究同一制备方法下石墨烯质量分数对不同聚合物导热性能和热稳定性的影响,通过熔融共混法制备了石墨烯/聚酰胺(GE/PA6)、石墨烯/聚丙烯(GE/PP)、石墨烯/高密度聚乙烯(GE/HDPE)3种聚合物复合材料。结果表明,石墨烯能有效提高3种聚合物导热性能,当填充石墨烯质量分数达到10%时,PA6导热系数从0.32 W/(m·K)提升至1.30 W/(m·K);GE/PP导热系数从0.37 W/(m·K)提升至1.15 W/(m·K)、GE/HDPE导热系数从0.62 W/(m·K)提升至1.13 W/(m·K)。对制备的石墨烯聚合物复合材料进行热重分析。将纯聚合物与石墨烯质量分数1%,5%,10%的石墨烯聚合物复合材料对比,PA6的热稳定性逐渐提升,PP、HDPE的热稳定性先降低后升高。     

石墨片层对有机相变材料导热性能的影响

通过将天然石墨氧化处理、微波膨胀和超声解离的方法制备出尺寸为5～10μm的石墨片层,并将其添加到有机相变基体中,制备出石墨片层/有机相变材料复合物;通过对复合材料导热系数的测试和导热机理的分析,证明该石墨片层可以作为优良的添加材料来改善有机相变材料低导热系数的缺陷.     

高压热处理对AlN陶瓷显微结构及导热性能的影响

热处理是AlN陶瓷调整结构、改善性能的有效手段.利用国产六面顶压机,在5.0GPa高压条件下,对高压烧结制备的AlN(Y2O3)陶瓷进行了热处理,研究了高压热处理对AlN陶瓷显微结构及导热性能的影响.结果表明:经5.0GPa/970℃/2h高压热处理后的AlN陶瓷材料与未热处理的试样相比,晶粒尺寸显著增大,晶粒形状越发规整,第二相均位于晶界处或者三角晶界区域,热导率达到了173.2W/(m.K),是未经过热处理试样的2.2倍.但是,将高压热处理时间延长到4h,AlN陶瓷的气孔增大,出现了反致密化现象,热导率也降低到80.9W/(m.K).     

AlN/玻璃复合材料的相分布对导热性能的影响

以热压烧结方法在850～1000℃的低温下制备了Al/玻璃复合材料,通过组成变化研究了复合材料热导率的变化规律,利用SEM、TEM、XRD等方法观察了AlN/玻璃复合材料的显微结构和相组成与分布,讨论了复合材料的显微结构和相组成对热导率的影响,结果表明:AlN/玻璃复合材料的热导率随玻璃相的减少而增加,低温烧结的复合材料的热导率可以达到10W/m·K以上,材料的相分布对热导率的影响表现为:当玻璃相减少,AlN晶粒相互接触时,有利于热导率的提高;当材料内部以AlN晶相为主时,材料出现晶体的导热特征,即热导率随温度的升高而下降。