随着紧凑型电子设备功率密度的快速提升及空间限制日益严格，亟需兼具高导热性与电绝缘性的散热胶带。然而当厚度超过200微米时，现有先进胶带的面内导热系数（κ//）仍低于70 W/m·K，难以满足高热量密度设备的散热需求。
上海交大黄兴溢教授、史坤明研究员团队通过将石墨烯纸夹封在氮化硼纳米片填充的聚合物复合粘合剂中，并与氮化硼片填充的聚合物复合薄膜串联集成，开发出多层结构的高导热绝缘胶带（MTCEIT）。
该胶带在约300微米厚度时展现出121.22 W/m·K的超高面内导热系数，同时保持5.07×10¹¹ Ω·cm的体积电阻率和36.9 kV·mm⁻¹的威布尔特征击穿强度。多层结构赋予胶带卓越的电绝缘性与高效散热能力，可使轻薄笔记本电脑中央处理器平衡温度降低9℃，并在无强制冷却条件下将超薄智能手机的视频帧率稳定在波动≤0.1 fps范围内。该研究为攻克紧凑型电子设备高热量密度散热难题提供了创新解决方案。
图文导读
图1：MTCEIT 的设计。a) 带有 MTCEIT 的紧凑型电子设备散热系统示意图。b) 有限元模拟中不同结构胶带在稳定状态下的表面温度分布。有限元模拟中热源的最大平衡温度与 c) 各层厚度比例、d) 粘合层的 κ// 和 κ⊥、e) 粘合层与超高 κ// 层 (Radh-ultrahigh-κ//) 之间以及粘合层与背衬层 (Radh-backing) 之间的热接触阻有关。
图2：MTCEIT 的结构和机械性能。a) MTCEIT 和商用石墨烯纸的光学图像。b) MTCEIT 横截面和 c) 致密层间接触的 SEM 图像。d) MTCEIT 的 EDS 光谱和 e) XRD 图案。f) 弯曲和 g) 形状的 MTCEIT。h) MTCEIT 的拉伸应力-应变曲线。
图3：MTCEITs 的热传导和电绝缘。a) κ// 测量示意图。图中标记了底部孔的直径 (Φ)、盖子上不连续圆环孔的内外径 (Φ1 和 Φ2) 以及样品直径 (Φsam)。b) 厚度约为 300 µm 的 MTCEITs 的 κ//。c) 不同电绝缘膜的 κ// 和厚度比较。d) 石墨烯层和各种基底之间的 Rtotal。e) 体积电阻率和 f) MTCEITs 的击穿强度。 g) 70BN/SR（410 µm 厚，κ// = 3.82 W m⁻¹ K⁻¹，κ⊥ = 1.35 W m⁻¹ K⁻¹）、商用高κ//复合薄膜（30 µm 厚，κ// = 50 W m⁻¹ K⁻¹）及其粘合层（108 µm 厚，κ⊥ = 0.23 W m⁻¹ K⁻¹）和热板上的 MTCEIT（285 µm 厚，κ// = 121.22 W m⁻¹ K⁻¹，κ⊥ = 1.33 W m⁻¹ K⁻¹）的光学图像和红外热图像。
图4：薄型笔记本电脑的散热。a) 笔记本电脑主板的光学图像。MTCEIT 的尺寸为 130 毫米 × 60 毫米。b) 简化 CPU 散热系统示意图。c) 笔记本电脑的红外热像。d) 温度变化和 e) CPU 在 1200 秒时的温度。(d) 中的插图显示了被测笔记本电脑的光学图像。所有测试均在正常工作条件下进行。温度由 CPU 内置传感器测量，并通过 AIDA64 Extreme 软件监控。
图5：无强制冷却的超薄智能手机的散热。a) 智能手机示意图。b) 带有 MTCEIT（50 毫米 × 30 毫米）的智能手机背面的光学图像。取下后盖进行成像。c) 智能手机的红外热像。d) SoC 温度变化。插图显示了被测智能手机的光学图像。e) SoC 在应力循环下的温度变化。f) 播放测试期间 UHD 视频的帧速率。(d)、(e) 和 (f) 中的所有测试均在正常工作环境下进行。(d) 和 (e) 中的温度是使用 SoC 中的内置传感器测量的，并通过 ANTUTU Benchmark 软件读取。(f) 中的帧速率由 3Dmark 记录。
该研究以题为“Graphene Paper-Based Multilayer Thermally Conductive Tapes with Exceptional Electrical Insulation for High Heat Flux Dissipation”发表在《Advanced Functional Materials》
https://doi.org/10.1002/adfm.202522123
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