化工学报题目
CNTs阵列增强石蜡/硅橡胶复合相变垫片的散热性能研究
作者
蔡楚玥1，方晓明1,，张正国1,,3，凌子夜1,
单位1华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室；广东省热能高效储存与利用工程技术研究中心；3华南理工大学珠海现代产业创新研究院原文
DOI:10./-.摘要：介绍了不同类型热管理材料包括填充型导热高分子材料、本征型导热高分子材料以及相变材料（PCM）的导热及储能机理。综述了近年来上述材料的研究与应用进展，并展望了未来热管理材料的发展趋势。
关键词：热管理；相变材料；导热高分子；本征型导热；5G
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引言
摘要：电子技术的高速发展对散热技术提出了更高的要求，热界面材料作为散热技术的关键材料之一，面临着提高热导率以及减小传热热阻的挑战。本文将垂直碳纳米管阵列（VACNTs）和固-液相变材料石蜡（PA）与硅橡胶（SR）复合，研制了一种新型VACNTs/PA/SR复合相变垫片。研究表明，通过磁场校准方法可以使表面改性的镀镍多壁CNTs在SR中实现垂直定向排列，所得VACNTs/SR垫片较CNTs随机排列的垫片具有更高的热导率，并确定VACNTs/SR垫片中CNTs的适宜含量为6wt%，对应垫片的热导率可达0.W/m·K。对于固定CNTs含量为6wt%但PA含量不同的一系列VACNTs/PA/SR相变垫片，PA的添加量不大于1.5wt%时，相变垫片克服了液态PA的泄露问题；相变垫片在PA发生固-液相变后表现出硬度显著下降，乃至热阻减少可达50%，并具备优异的热可靠性。将最佳VACNTs/SR垫片样品及最佳VACNTs/PA/SR相变垫片样品进行散热性能对比发现，与使用VACNTs/SR垫片的情况相比，使用VACNTs/PA/SR相变垫片时的模拟芯片不仅在温度上升阶段的升温速率更小，而且当芯片温度达到平衡后对应的平衡温度也更低，降低了3.5℃，显示出更好的散热性能。VACNTs/PA/SR相变垫片优良的特性和散热性能使其在电子设备散热领域具有良好的应用前景。
关键词：碳纳米管；相变；热阻；热界面材料；传热；电子材料
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引言
随着“5G”时代的来临，电子元器件不断向小体积化、高集成化、高功率化发展，导致芯片单位体积热流密度迅速增加。若无法及时散热，会造成电子元器件老化、应力变形、寿命缩短以及功能失常等问题。因此散热已经成为制约电子元器件发展的瓶颈之一。
由于从发热元件传热至散热器的过程中会经过多个固-固界面，而界面间的接触实际上是凸起部分的点接触，仅占表观接触面积的%，其余均为热导率仅0.W/(m·K)左右的空气间隙，导致整个传热过程中最大的热阻存在于两个固体表面之间。
热界面材料就是一种通过填补发热元件与散热器接触界面间的微空隙及凹凸不平的孔洞，减少传递热阻，提高散热效率的材料。
从热界面材料的传热过程来看，热阻抗（Reff）主要来源于两个方面（式1）：一是TIM的体热阻，主要受TIM厚度（BLT）和TIM的热导率（λTIM）影响；二是TIM与上下接触面间的接触热阻（Rc1和Rc）。
（1）
可见，降低热阻抗的策略之一是提高热界面材料的热导率。然而，常见的聚合物基热界面材料存在热导率低的不足。因此，目前研究的一大重点是提高聚合物基热界面材料的热导率，例如在其中填充不同粒径、形状的高导热填料，如陶瓷填料、金属、碳材料等。
在这些高导热填料中，碳纳米管（CNTs）作为一种高热导率的碳材料备受
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