近日，青岛科技大学液界热道学生团队成功将电场取向技术应用到热界面材料制备中，成功改善了现存热界面材料存在的痛点问题，制备出热导率高、柔性强且绝缘性能强的热界面材料。此项新进展对于推动相关产业发展具有重要意义。
外加电场取向过程
随着人工智能(AI)、电子信息等领域的迅猛发展，芯片(CPU/GPU)等微处理器的散热问题日益凸显，成为制约技术进步的瓶颈之一。热界面材料(TIMs)是热管理系统的关键组成部分，其性能直接影响电子设备的散热效率与运行可靠性。当前，热界面材料的研究重点聚焦于通过将功能性填料分散到聚合物基体中以提升其导热性能，如何有效降低界面热阻、提升传热效率已成为导热材料领域亟待攻克的关键科学问题。
记者了解到，此项新进展的相关成果以“Preparation of PANI/CuPc/PDMS Composite Elastomer with High Dielectric Constant and Low Modulus Assisted by Electric Fields”为题发表于国际著名期刊《Polymers》（中科院二区，影响因子4.7）上，两项专利为《一种通过电场诱导离子液体取向提高聚合物复合膜介电性能的方法》、《一种离子液体辅助功能填料取向的电介质材料的制备方法》。团队通过在基体两侧施加电压，主动形成导热网络，使得填充量减少到了25%。
外加电场实验制备过程图。
与此同时，在外加电场辅助基础上，结合仿生学思想，在体系中引入离子液体，诱导填料极化，取向结构更加完整。再选择更高热导率的液态金属替换离子液体，用机械化学方法将镓-铟-锡液态金属（LM）键合至Al₂O₃表面，再进行电场取向。最终得到热导率为23W/m·K的热界面材料，提升了131倍。
机械化学方法制备液态金属-氧化铝粒子共价键合体系。
固-液异质粒子Al₂O₃-LM在高压交流电场下的行为示意图：(a)极化；(b)旋转移动；(c)自组装；(d)形成取向结构。
纯PDMS/两项/三相热界面材料热导率对比图。
通过建立固-液界面与取向结构对高效导热性能的影响机制，揭示取向结构在降低界面热阻、促进热量定向传输方面的关键作用，为构筑导热微纳通道开辟新途径，从而科学指导新型高导热复合材料的制备。同时，该项研究拓展了高压交流电场在异质粒子体系中的应用，优化热传导路径并提升介电性能，构筑兼具高导热和高介电性能的复合材料，为高导热、高介电复合材料的理论研究和实际应用提供了重要支撑。
（半岛全媒体记者 王鹏）
