5G 通信、人工智能与高性能计算推动微电子器件持续向微型化、高集成度发展，功率密度急剧攀升导致器件发热问题愈发严峻，严重降低元器件可靠性、运行稳定性与使用寿命。热界面材料（TIM）是填补器件与散热器间隙、消除绝热空气层的核心材料，但高面内热导率与优异柔顺性始终存在难以兼顾的固有矛盾。传统金属 / 陶瓷填充型 TIM 刚性大、压缩模量高，聚合物基 TIM 本征热导率极低，液态金属存在泄漏与腐蚀风险，垂直取向石墨烯薄膜则刚度过大、界面贴合性差，无法同时满足高效散热与低接触热阻需求，成为高功率密度电子热管理的关键瓶颈。
近日，华东师范大学 毕恒昌研究员、吴幸教授团队提出垂直定向构筑策略，通过激光切割、垂直组装与硅橡胶封装制备高垂直取向石墨烯微条垫片（GMP），首次在单一热界面材料中同步实现超高面内热导率与超低压缩模量，突破热–力学性能权衡难题。优化后石墨烯含量 60 wt.% 的 GMP60，面内热导率高达565.92 W m⁻¹ K⁻¹，压缩模量低至115.16 kPa，总热阻仅0.028 in² K W⁻¹；材料兼具优异热稳定性（20 次冷热循环波动＜±2.1%）与机械耐疲劳性（1000 次压缩无明显衰减）。实际散热测试中，GMP60 可使 CPU 满载核心温度降低12 ℃，功率芯片温度降低18.2 ℃。该工作为下一代高功率密度电子器件热–力学失配问题提供全新解决方案。
图1. 石墨烯微条垫片（GMP）制备与结构表征。(a) GMP 制备工艺流程示意图；(b) 激光切割石墨烯微条实物图；(c) GMP 宏观光学照片；(d) GMP 表面与截面光学显微镜图。
相关成果以 “Highly Vertically Oriented Graphene Microstrip Pads With Ultrahigh Through‐Plane Thermal Conductivity and Ultralow Compressive Modulus for Efficient Heat Dissipation” 为题，发表于《Advanced Science》。
来源：Advanced Science
链接：https://doi.org/10.1002/advs.75359
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