液態(tài)金屬及碳納米管強化界面?zhèn)鳠嵫芯?pdf

1、隨著高新技術的快速發(fā)展，界面?zhèn)鳠嵘婕暗酱邦I域眾多系統(tǒng)的有效熱管理，例如在船舶電子元器件有效散熱方面，隨著船舶自動化程度的不斷提高，大量電子元器件被應用在船舶自動控制系統(tǒng)當中，電子元器件趨向高度集成化，船用電子器件的散熱成為極大挑戰(zhàn)，而界面熱阻的存在是電子元器件熱量無法有效散失的主要原因。在船舶廢熱回收方面，船舶熱電轉換裝置正在迅速發(fā)展，熱電轉換裝置的整體效率也與界面?zhèn)鳠嵯⑾⑾嚓P。因此，如何提高界面?zhèn)鳠釋Υ氨姸嘞到y(tǒng)的可靠性和工作效率有

2、著重要意義。
　　本文首先對碳納米管陣列提高界面?zhèn)鳠嵝阅苓M行了實驗研究，利用化學氣相沉積的方法制備出碳納米管陣列，利用氫氟酸腐蝕二氧化硅的方法實現碳納米管陣列與生長硅基底之間的分離，得到獨立的碳納米管陣列;然后研究其單獨使用和施加不同綁定材料情況下提高界面?zhèn)鳠岬男阅?。結果顯示碳納米管陣列單獨作為熱界面材料時，可以使試樣整體熱阻減少74.11％，試樣整體熱阻值為174.5±13.1mm2K/W。當選用導熱硅脂和導熱硅膠片作為碳納米管

3、陣列的綁定材料時，可以使試樣整體熱阻降低83.46％。試樣整體熱阻值為103.1±7.7mm2K/W。應用碳納米管陣列結合綁定材料的方式雖然可以提高界面?zhèn)鳠崮芰Γ撬苽湓嚇拥臒嶙杞^對值依然很高。
　　液態(tài)金屬因其良好的導熱性能，在提高界面?zhèn)鳠岱矫娴膽檬艿皆絹碓蕉嗟年P注，因此本文進一步對液態(tài)金屬提高界面?zhèn)鳠嵝阅苓M行了實驗研究。當選用Ga62.5In21.5Sn16液態(tài)金屬和氧化后Ga62.5In1.5Sn16液態(tài)金屬作為熱界面

4、材料時，可以使兩銅片之間整體接觸熱阻分別達到4.822±0.130mm2K/W和11.202±0.278mm2K/W，與銅銅干接觸相比，分別降低了99.3％和98.3％。為了進一步測量液態(tài)金屬的導熱系數及其與銅片之間的界面熱阻，本文提出一種基于激光閃射法的膏狀物材料導熱系數及界面熱阻測量方法。通過制備具有特殊結構的樣品支架，可以測量出液態(tài)金屬在不同厚度情況下所對應的整體接觸熱阻，然后利用最小二乘法擬合可以得出液態(tài)金屬的導熱系數和相應界面

5、熱阻。利用上述方法測量了Ga62.5In1.5Sn16液態(tài)金屬和氧化后Ga62.5In21.5Sn16液態(tài)金屬的導熱性能。結果顯示導熱系數測量結果分別為37.047±3.781W/(m·K)和15.346±2.068W/(m·K);界面熱阻測量結果分別為2.142±0.379mm2K/W和4.58±0.908mm2K/W。通過與公開報道文獻中該組分液態(tài)金屬導熱性能測量結果進行對比，驗證了本文中所提出測量方法的可行性。
　　為進一步

6、提升液態(tài)金屬作為熱界面材料的性能，本文嘗試利用石墨烯、銅顆粒等高導熱顆粒對Ga62.5In1.5Sn16液態(tài)金屬進行改性處理。結果顯示利用石墨烯對液態(tài)金屬進行改性處理所得到混合物的導熱性能變差，當石墨烯質量分數為2.0wt％，所對應兩銅片之間接觸熱阻值為42.2±3.2mm2K/W;通過對所得混合物進行Micro-XCT表征發(fā)現，由于石墨烯與液態(tài)金屬之間的潤濕性差，導致在混合過程中大量氣泡的存在，從而導致所形成混合物的導熱性能降低。而利

7、用銅顆粒對液態(tài)金屬進行改性處理后，可以大幅提高氧化后液態(tài)金屬的導熱性能，并且能夠降低液態(tài)金屬流動性。本文制備了銅顆粒質量分數分別為2.5wt％、5wt％、7.5wt％、10wt％和12.5wt％五種液態(tài)金屬-銅顆粒試樣，并對各試樣的導熱性能進行了測量。測量結果顯示各混合物試樣的導熱系數隨銅顆粒質量分數增加呈線性增加，當熱阻隨銅顆粒質量分數增加呈現先減小后增加的趨勢;銅顆粒質量分數為12.5wt％液態(tài)金屬-銅顆?；旌衔锏膶嵯禂禐?8.9

8、07±8.689W/(m·K)，與OLMA相比分別提高了153.5％;銅顆粒質量分數為2.5wt％液態(tài)金屬-銅顆?；旌衔锼鶎慕缑鏌嶙枳畹蜑?.164±0.481mm2K/W，與OLMA相比界面熱阻降低了74.6％。
　　液態(tài)金屬與固體表面之間界面熱阻受外界壓力、潤濕性、固體表面形貌等因素影響，為了深入研究各影響因素對界面熱阻的影響規(guī)律，本文建立了液態(tài)金屬與固體表面之間界面熱阻理論計算模型，并首次揭示了液態(tài)金屬潤濕性、固體表面形