01
背景介绍
随着电子器件小型化的不断提高，电子元件功率密度的增加会使电子元件的热量不断增加，从而导致电子元件温度过高和温区分布不均匀，可能会产生热应力并最终导致电子设备故障。电子元件的瞬态升温可以通过延迟电子元件在频繁循环操作中的热响应来控制，以确保电子器件更可靠和安全的工作状态，从而延长电子器件的使用寿命。已有的研究表明，与具有额外能耗的主动冷却方式(风冷、水冷)相比，利用相变材料的相变潜热(PCM)来实现温度稳定是一种更好的被动冷却技术。其原理是当温度上升到相变温度时，PCM由固体变为液体，并以潜热的形式储存大量热能，可以有效缓解电子元件运行过程中的急剧温升。相变材料(PCM)在密闭空间热管理方面表现出了巨大的潜力，但PCM的导热系数低，复合相变材料(CPCM)的低焓和低电阻严重限制了其在电子系统中的应用。为了提高PCM的导热性，已经报道了不同的方法。碳或金属基填料，包括膨胀石墨、碳纳米管(CNTs)、石墨烯片、纳米颗粒和金属泡沫，已被证明可以适度提高CPCM的导热性。遗憾的是，虽然这些材料可以显著提高PCM的导热性，但它们也提高了导电性。提高导电性必然会影响电子元器件的运行，增加短路风险，不利于复合相变材料(CPCM)在电子系统中的应用。因此，目前制备高导热高阻的CPCM是热管理材料方向面临的挑战之一。
02
成果掠影
近期，河北工业大学孔祥飞教授团队针对高导热和高阻CPCM的研究取得一定的进展。团队采用碳热还原反应制备了具有三维多孔结构的碳化硅毡，并引入石蜡PA合成了CPCM。以SiC纳米线和SiC纤维组成的多级多孔结构为支撑基体，降低传热过程中的热阻，提高CPCM的热响应。SiC基CPCM导热系数提高到0.W·m-1K-1，比纯石蜡（0.W·m-1K-1）高%。优异的导热性表明CPCM是热管理系统的理想材料。此外，SiC毡具有较强的表面张力和毛细管力，为PA吸附提供了条件。实验结果表明，采用碳化硅纳米线和碳化硅纤维组成的多层多孔网络结构作为三维框架结构密封石蜡(PA)制备了CPCM，提高了PCM的导热性和电阻率。基于多孔SiC骨架的CPCM具有高导热系数(0.W·m-1K-1)、高焓(.4J?g-1)、高储能效率(89.81%)和高电阻率(2.05×Ω?cm)，以及良好的形状稳定性和耐蚀性可接受的热性能。作为一种热管理材料，CPCM表现出优异的蓄热性能和耐温效果，可将加热元件达到峰值温度的时间延长5倍。经过次热循环后，仍具有稳定的热性能，可在工作温度下长期使用。在电子系统热管理应用中，CPCM可以显著延缓发热元件的快速温升。因此，CPCM在电子产品热管理方面具有巨大的潜力。研究成果以“Shapestabilizedthree-dimensionalporousSiC-basedphasechangematerialsforthermalmanagementofelectronic
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