थर्मल इंटरफेस सामग्री की अनुसंधान प्रगति

थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री मुख्य रूप से तापीय प्रवाहकीय भराव और पॉलिमर से बनी होती है। ऊष्मीय प्रवाहकीय भराव के अलावा बहुलक की तापीय चालकता में सुधार होता है, जबकि बहुलक' के अच्छे लचीलेपन, कम लागत और आसान प्रसंस्करण और मोल्डिंग लाभों को बनाए रखता है। थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री की तापीय चालकता भराव अंश पर निर्भर करती है। जब भराव अंश अपर्याप्त होता है, तो बिखरे हुए व्यक्तिगत कण आसन्न कणों (चित्रा 5 (ए)) के संपर्क में नहीं आ सकते हैं, और ऊष्मीय प्रवाहकीय कण नेटवर्क नहीं बनाया जा सकता है। जब भराव अंश एक निश्चित स्तर (परकोलेशन थ्रेशोल्ड) तक पहुंच जाता है, तो एक निरंतर थर्मल नेटवर्क बनना शुरू हो जाता है (चित्र 5 (बी)), ताकि बहुलक मिश्रित की तापीय चालकता तेजी से बढ़े।

हालाँकि, 20 W/mK से अधिक की तापीय चालकता और 0.01 Kcm2/W से कम का एक इंटरफ़ेस थर्मल प्रतिरोध मान कैसे तैयार किया जाए, यह अभी भी एक बड़ी चुनौती है। इस कठिनाई के जवाब में, नेशनल की आर [जीजी] amp; डी प्रोग्राम-स्ट्रेटेजिक एडवांस्ड इलेक्ट्रॉनिक मैटेरियल्स की स्पेशल प्रोजेक्ट के वित्तपोषण के तहत, शोधकर्ता सन रोंग, शेन्ज़ेन इंस्टीट्यूट ऑफ एडवांस्ड टेक्नोलॉजी, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज और शंघाई जियाओतोंग के नेतृत्व में यूनिवर्सिटी, साउथईस्ट यूनिवर्सिटी, टोंगजी यूनिवर्सिटी, और सूज़ौ नैनो, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी एंड नैनो-बायोनिक्स, निंगबो इंस्टीट्यूट ऑफ मैटेरियल्स, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज और शंघाई यूनिवर्सिटी ने उच्च-प्रदर्शन थर्मल इंटरफेस सामग्री के आणविक डिजाइन को अंजाम दिया है, इंटरफ़ेस थर्मल प्रतिरोध के माइक्रो-नैनो-स्केल माप, और उच्च प्रदर्शन थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री विकसित करने के लिए इंटरफ़ेस पर ध्वनिक-इलेक्ट्रॉनिक युग्मन तंत्र की गणना और अनुकरण। इस आधार पर, तैयार थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री को उच्च शक्ति घनत्व वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों पर लागू किया जाता है, और उच्च शक्ति घनत्व वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में इसके विशिष्ट अनुप्रयोग को सत्यापित किया जाता है।

सिरेमिक में उच्च तापीय चालकता और उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन भी होता है, जो विशेष रूप से विद्युत इन्सुलेशन की आवश्यकता वाले क्षेत्रों के लिए उपयुक्त है। रिपोर्ट किए गए सिरेमिक फिलर्स में, बोरॉन नाइट्राइड (बीएन) में बहुत अधिक तापीय चालकता है और यह थर्मल प्रबंधन अनुप्रयोगों में सबसे आकर्षक शोध वस्तु बन रही है। 2017 में, झांग एट अल। वैक्यूम निस्पंदन द्वारा समय पर एच-बीएन झिल्ली तैयार की, और एच-बीएन / पॉलीविनाइल अल्कोहल मिश्रित सामग्री बनाने के लिए पानी में घुलनशील बहुलक पॉलीविनाइल अल्कोहल को एच-बीएन में घुसपैठ किया। तैयारी की प्रक्रिया चित्र 6(ए) में दिखाई गई है। जब एच-बीएन की सामग्री 27 वोल्ट% होती है, तो अधिकतम इन-प्लेन और आउट-ऑफ-प्लेन थर्मल चालकता क्रमशः 8.44 W/m·K और 1.63 W/m·K तक पहुंच सकती है (चित्र 6(b))। इसके अलावा, यू एट अल। वैक्यूम हॉट प्रेसिंग का उपयोग करके तैयार एच-बीएन / थर्मोप्लास्टिक पॉलीयूरेथेन कंपोजिट। जब h-BN सामग्री 95 wt% होती है, तो मिश्रित सामग्री की इन-प्लेन तापीय चालकता 50.3 W/m·K जितनी अधिक होती है, जो Fu et al द्वारा रिपोर्ट किए गए परिणामों के अनुरूप है।

गर्मी वाहक के रूप में इलेक्ट्रॉनों के उपयोग के कारण धातुओं में उच्च आंतरिक तापीय चालकता होती है, और थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री के लिए आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला थर्मल प्रवाहकीय भराव बन गया है। उदाहरण के लिए, जू एट अल। एक उच्च उन्मुख एजी थर्मल प्रवाहकीय नेटवर्क तैयार करने के लिए इलेक्ट्रोडपोजिशन विधि का इस्तेमाल किया। इसके द्वारा तैयार की गई थर्मल इंटरफेस सामग्री में 30.3 डब्ल्यू/एम · के की तापीय चालकता है, जो यादृच्छिक फैलाव विधि (1.4 डब्ल्यू / एम · के) द्वारा तैयार किए गए बहुलक मिश्रित से काफी अधिक है। वांग एट अल। पाया गया कि एक ही भराव सामग्री (0.9 wt%) के तहत, कॉपर नैनोवायर में सिल्वर नैनोवायर की तुलना में पॉलिमर की तापीय चालकता में सुधार करने की अधिक क्षमता होती है। इसके अलावा, धातु और बहुलक के बीच इंटरफ़ेस थर्मल प्रतिरोध को कैसे कम किया जाए, यह बहुत महत्वपूर्ण है। धातु की सतह पर कार्बनिक अणुओं या अकार्बनिक भराव के संशोधन में सुधार धातु और बहुलक के बीच संपर्क बल को बढ़ा सकता है, और फिर धातु और बहुलक के बीच इंटरफेस को कम कर सकता है। थर्मल प्रतिरोध, बहुलक कंपोजिट की तापीय चालकता में सुधार। इसके अलावा, जियोंग एट अल। हाल ही में उच्च तापीय चालकता, लोच और खिंचाव के साथ थर्मोइलास्टिक शरीर बनाने के लिए PDMS मैट्रिक्स में तरल धातु भराव की अवधारणा पेश की। धातु-आधारित थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री-निरंतर धातु-आधारित थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री की एक और महत्वपूर्ण शोध दिशा है। उदाहरण के लिए, Sn-Ag-Cu आधारित मिश्र धातु या Sn-Bi को इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग में मानक लीड-फ्री सेलर्स के रूप में उपयोग किया जा सकता है, और अक्सर थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है। इसके फायदे उच्च तापीय चालकता, कम इंटरफ़ेस थर्मल प्रतिरोध, उच्च विश्वसनीयता और कम लागत हैं। तरल धातु एक थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री है जिसने हाल के वर्षों में बहुत ध्यान आकर्षित किया है। इसका मुख्य घटक धात्विक गैलियम (Ga) और इसकी मिश्र धातुएँ हैं। इसमें कम गलनांक, चिप्स के साथ अच्छी वेटिबिलिटी और कम इंटरफ़ेस थर्मल प्रतिरोध के फायदे हैं। हालांकि, इसे ओवरफ्लो होने से कैसे रोका जाए, यह लिक्विड मेटल-आधारित थर्मल इंटरफेस सामग्री के लिए सबसे बड़ी समस्या और चुनौती है।