制备超低接触热阻的石墨烯-液态金属复合热界面材料

香港科技大学研究团队提出了一种基底集成式TIM,将热通路重新定义为器件的整体延伸。该结构通过两种协同途径实现:(1)在目标基底上直接激光热解聚酰亚胺,生成具有原位扩散键合界面的多孔激光诱导石墨烯(LIG)网络,从而消除一个接触热阻;(2)功能化液态金属(LM)微滴渗入LIG支架;压缩后,液滴聚结成连续的金属网络,消除了二次界面,并提供了高导热渗流通路。

热管理已成为高性能电子器件的瓶颈,界面热阻是散热的主要因素。传统的导热界面材料(TIM)是离散层,会引入寄生固-固接触,从根本上限制热通量。

香港科技大学研究团队提出了一种基底集成式TIM,将热通路重新定义为器件的整体延伸。该结构通过两种协同途径实现:(1)在目标基底上直接激光热解聚酰亚胺,生成具有原位扩散键合界面的多孔激光诱导石墨烯(LIG)网络,从而消除一个接触热阻;(2)功能化液态金属(LM)微滴渗入LIG支架;压缩后,液滴聚结成连续的金属网络,消除了二次界面,并提供了高导热渗流通路。

制备超低接触热阻的石墨烯-液态金属复合热界面材料

所得的LIG-LM复合材料实现了0.80 mm²  K W⁻¹的超低热接触热阻,比目前最先进的商用导热界面材料(TIM)低85%以上。该结构可承受超过2000次热冲击循环(ΔT∼200 °C)和重复组装而不发生性能退化。

有限元模拟表明,与仅使用LM的界面相比,界面位移降低了43%。高功率发光二极管(LED)冷却表现出比主流商用方案显著更低的运行温度。这项工作将热界面从离散层转变为一体式、稳健的基板延伸层,为下一代电子器件冷却提供了一种可扩展的途径。

研究以题为“A hierarchical laser-induced graphene-liquid metal composite thermal interface material: Interfacial diffusion and bulk percolation for ultralow thermal resistance”发表在《Carbon》

文章链接:10.1016/j.carbon.2026.121874

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