热界面材料（TIMs）在电子热管理中不可或缺，因为它们能够降低界面热阻并提高相邻部件之间的热传输效率。阻碍传统TIMs热性能的一个主要因素，是 non-continuous fillers（非连续填料）与聚合物基体之间界面处产生的显著界面热阻。
江苏科技大学研究团队开发了一种连续取向的TIM，采用整体式热解石墨膜（PGF），并结合薄膜涂覆与热压工艺。将聚氨酯层涂覆到PGF薄膜上，随后将这些薄膜堆叠并热压成致密的复合块体。沿垂直于压制方向对块体进行切片，即可得到PGF/PU TIM。该材料的热导率达到118.5 W/(m·K)，并在实际测试条件下表现出优异的散热行为。通过构建连续传热路径，该策略减轻了填料—基体界面处的界面热阻，并为高功率密度电子封装应用提供了理论基础和技术路线。
热解石墨/聚氨酯热界面材料的制备
实验设计通过间隙涂布工艺，将水性聚氨酯均匀涂覆到热解石墨膜上，随后进行堆叠和热压，以制备连续取向的PGF/PU热界面材料，制备过程如图1所示。涂覆前，先将水性聚氨酯在去离子水中稀释，随后进行超声处理和搅拌，以获得合适的粘度。然后采用涂布方法，在热解石墨膜上沉积一层弹性聚氨酯层。在涂布过程中，可通过调节间隙高度和聚氨酯固含量来精确控制聚氨酯层的厚度。为便于顺利流动，聚氨酯溶液的粘度既不能过高（会损害流动性），也不能过低（会导致溢流）。因此，我们将粘度控制在200 mPa·s，并将固含量设定为约20%；由此，可通过调节刮刀间隙高度来调控最终膜厚度。在本工作中，聚氨酯涂层的设计间隙高度分别设置为250 µm、425 µm、2000 µm和5000 µm。为确保厚度均匀并防止溢流，涂覆过程中在薄膜周边放置了挡板。
图1. 连续取向PGF/PU热界面复合材料制备路线的示意图。
图 4. 所制备的 PGF/PU TIM 的测量和热管理性能测试。( a ) 实验测量装置示意图。在 12 W 的芯片功率下，使用 0.5 mm 热电偶监测芯片和 TIM 背面的温度。( b ) 两种 TIM 在 12 W 芯片功率下的稳态芯片温度曲线。( c ) 两种 TIM 的芯片温度随输入功率 (2–12 W) 的变化曲线。( d ) 两种材料的压缩应力-应变曲线。( e , f ) 在 12 W 功率下，使用两种 TIM 的芯片模拟温度分布。( g ) 热传输路径示意图。( h ) 模拟条件下的热传输路径示意图。( i ) 实验条件下的热传输路径示意图。
该研究以题为“Continuous Pathway Reinforced Polyurethane-Based Thermal Interface Materials for High-Power Density Chips”发表在《Coatings》
https://doi.org/10.3390/coatings16101213
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