謝瓊丹 辛光紅

(三亞學(xué)院 理工學(xué)院， 三亞 572022)

引 言

導(dǎo)熱界面材料(thermal interface material，TIM)是用于集成電路封裝和電子散熱的關(guān)鍵材料之一。由于高分子為熱的不良導(dǎo)體，非晶態(tài)高分子聚合物的本征導(dǎo)熱率僅為0.1～0.3 W/(m·K)，所以傳統(tǒng)的導(dǎo)熱界面材料依賴于大量導(dǎo)熱粒子的無(wú)規(guī)填充[1]。共混的高分子基體和導(dǎo)熱粒子之間存在大量的界面，由于基體/粒子界面熱阻的存在，導(dǎo)致無(wú)規(guī)共混填充非常低效[2-3]。導(dǎo)熱粒子的性能往往呈現(xiàn)各向異性，例如單根碳納米管理論上只存在軸向?qū)崧?，理論值? 000 W/(m·K)[4-5]；石墨烯的面導(dǎo)熱率達(dá)1 500～5 800 W/(m·K)[6-7]；六方氮化硼晶體(h- BN)的面導(dǎo)熱率為390 W/(m·K)，而厚度方向的導(dǎo)熱率僅為2 W/(m·K)[8]。

為了充分應(yīng)用導(dǎo)熱粒子的各向異性特點(diǎn)，需要依據(jù)填料粒子的導(dǎo)熱特性來(lái)設(shè)計(jì)微觀結(jié)構(gòu)和粒子的分布。近年來(lái)，業(yè)界和學(xué)界逐漸普遍采用構(gòu)建導(dǎo)熱通道的方法來(lái)設(shè)計(jì)制備新一代高導(dǎo)熱界面材料。Yamada[9]基于機(jī)械編織技術(shù)制備了碳纖維取向熱界面材料，其垂直方向的導(dǎo)熱率達(dá)15 W/(m·K)；Uetani等[10]利用靜電植絨的方式垂直取向碳纖維短纖，并灌入熱固化彈性體，制得導(dǎo)熱率達(dá)20 W/(m·K)的高導(dǎo)熱界面材料；Lian等[11]使用垂直排列石墨烯片制備了高導(dǎo)熱環(huán)氧熱界面材料,結(jié)果表明當(dāng)填料含量為0.92%(體積分?jǐn)?shù))時(shí),熱界面材料的導(dǎo)熱率可達(dá)2.13 W/(m·K)。這些方法充分利用了導(dǎo)熱粒子的各向異性，構(gòu)建導(dǎo)熱通道，大幅減少了導(dǎo)熱粒子的使用量。但目前報(bào)道的方法仍然存在原材料昂貴、制備工藝復(fù)雜和無(wú)法大面積制備等不足。

鱗片石墨為天然顯晶質(zhì)石墨，其形似魚(yú)磷狀，呈層狀結(jié)構(gòu)，具有良好的耐高溫、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、潤(rùn)滑等性能。石墨微鱗片作為一種來(lái)源豐富、廉價(jià)易得的石墨原料，具備很高的平面導(dǎo)熱率，然而其作為高導(dǎo)熱界面材料的直接填料的應(yīng)用卻未見(jiàn)報(bào)道。本文采用靜電植絨工藝垂直取向石墨微鱗片，通過(guò)構(gòu)建垂直方向?qū)嵬ǖ乐苽淞说吞盍媳群透邔?dǎo)熱率的導(dǎo)熱界面材料。由于二維片狀粒子具備更大的柔順性，因此還可以解決取向界面材料過(guò)于剛性而導(dǎo)致的界面熱阻升高的問(wèn)題。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

1.1.1實(shí)驗(yàn)材料

石墨微米鱗片由青島昊玉石墨制品有限公司提供，石墨鱗片經(jīng)過(guò)篩，篩選出3檔尺寸：(300±100) μm、(500±200) μm和(1 000±200) μm，圖1為(1 000±200) μm石墨微鱗片的光學(xué)顯微鏡照片，石墨微片呈現(xiàn)邊緣不規(guī)則性，但基本為橢圓形狀；柔性聚氨酯(PU)微粉(TPU1190a)，巴斯夫公司，150目(篩孔尺寸100 μm)，由華創(chuàng)塑化公司研磨加工；高密度聚乙烯(HDPE)微粉(2200J)，燕山石化公司，800目(篩孔尺寸19 μm)，由華創(chuàng)塑化公司研磨加工；低黏度單組分室溫硫化107硅橡膠，道康寧公司；聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)離形膜(硅油膜)，厚度150 μm，膠冠電子公司；散熱石墨紙，翔宇電子公司；水性聚丙烯酸酯壓敏膠(3089型)，江蘇得賽化工公司；丙酮，分析純，滬試公司。

圖1 (1 000±200) μm石墨微鱗片的光學(xué)顯微鏡照片F(xiàn)ig.1 Optical microscope image of (1 000±200) μm graphite microflakes

1.1.2實(shí)驗(yàn)儀器

靜電植絨機(jī)(G/Z 6- 8型)，溫州市甌海梧田植絨電器廠,電壓范圍0～50 kV；光學(xué)顯微鏡(Axiotech Vario 100 HD型)，德國(guó)Carl Zeiss公司；掃描電子顯微鏡(SEM)(Nova Nanolab200型)，美國(guó)FEI公司；導(dǎo)熱率測(cè)量?jī)x(TIM Tester 1300型)，Analysis Tech公司；紅外熱像儀(C3X型)，美國(guó)菲力爾公司；烘箱(XGQ- 2000型)，中國(guó)佰輝公司；游標(biāo)卡尺(MNT090025型), 德國(guó)美耐特公司。

1.2 靜電植絨方法制備垂直取向的石墨微鱗片

圖2為石墨微片的高電壓電場(chǎng)取向過(guò)程?；陟o電植絨工藝，兩個(gè)極板間施加千伏以上的高電壓靜電場(chǎng)E。在此高電壓電場(chǎng)內(nèi)的石墨微鱗片吸附電離電荷并帶電；因石墨為導(dǎo)體，在電場(chǎng)作用下，吸附于石墨微鱗片的電荷產(chǎn)生分離分布。在曲率較小的邊緣或者石墨鱗片尖銳的邊緣處，電荷密度更大，因此受到相對(duì)更大的電場(chǎng)力并產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩M0。在此扭矩作用下，石墨微片沿著電場(chǎng)線取向，最終飛行的片狀粒子進(jìn)行軸向平行取向于電場(chǎng)線(Z方向)，并垂直吸附在被植絨的表面上。我們觀察到插入到黏膠層表面的為石墨鱗片的尖端，說(shuō)明電荷富集在石墨微片的尖劈處，而尖劈處所受的電場(chǎng)力最大。由于石墨微片之間的靜電排斥，導(dǎo)致石墨微片無(wú)法進(jìn)行密集的排列，因此在平面XY方向上，石墨微片呈現(xiàn)無(wú)規(guī)但緊湊的排列。這些結(jié)構(gòu)使得石墨微片陣列能夠承受一定的壓力和側(cè)向的刮涂，因此后續(xù)可進(jìn)行粉料填充和低黏度液體前驅(qū)體的刮涂。

圖2 高電壓靜電場(chǎng)垂直取向排列石墨微鱗片的過(guò)程Fig.2 Process of vertical alignment of graphite microflakes in a high-voltage electrostatic field

在本文中，在兩個(gè)平行的鋁箔片(20 cm×20 cm)之間構(gòu)建高電壓電場(chǎng)：上鋁箔片接地，下鋁箔片接靜電高電壓負(fù)極(-35 kV)，兩個(gè)鋁箔片之間的距離為50 cm，即為石墨微片的電場(chǎng)飛行距離。植絨取向采用上飛法，將石墨微片放置于絕緣的紙片上，紙片置于下層鋁箔片上，在電場(chǎng)的作用下，帶電石墨微片克服重力并向接地的上鋁箔片飛行。在接地的上鋁箔片表面貼有裁剪好的PET離形膜，在涂有硅油的一面預(yù)先刷涂薄層黏性聚丙烯酸酯膠。石墨微片在電場(chǎng)的作用下垂直吸附于PET膜表面，直至飽和，制得垂直取向的石墨微鱗片。未吸附的石墨微片隨著電場(chǎng)的終止而脫落。植絨電壓影響石墨微片的上飛速度，電壓越大，上飛速度越快，但過(guò)快的速度容易使飛行的石墨片對(duì)已經(jīng)吸附直立的石墨微片造成沖擊，從而發(fā)生傾倒和重疊，因此本文采用中等強(qiáng)度的35 kV高電壓和50 cm的飛行距離。

1.3 高分子填充復(fù)合

取向排列后的石墨陣列采用兩種方法進(jìn)行高分子填充復(fù)合，一種方法是高分子粉料填充(微粉灌注法)，另一種方法是高分子液態(tài)前驅(qū)體刮涂。在粉料填充的過(guò)程中，HDPE或聚氨酯微粉直接填充到取向后的石墨陣列上，刮抹至粉料充分覆蓋充滿縫隙，然后送至烘箱內(nèi)于120 ℃加熱融化粉料，取出后再次充滿粉料并在120 ℃融化。聚丙烯酸酯底膠層通過(guò)丙酮泡洗而脫離，制得HDPE導(dǎo)熱膜和聚氨酯導(dǎo)熱膜。在液體刮涂工藝中，采用低黏度的單組份硅橡膠前驅(qū)體，在石墨片陣列的表面進(jìn)行往復(fù)刮平充滿，然后送至烘箱內(nèi)于80 ℃加速固化，底膠層通過(guò)丙酮泡洗而脫離，制得硅橡膠導(dǎo)熱膜。

1.4 植絨密度計(jì)算

石墨微片的植絨重量面密度依據(jù)式(1)計(jì)算。

(1)

式中，Dm為植絨重量面密度，g/cm2；M為植絨吸附飽和后的石墨微鱗片總質(zhì)量，g；S為植絨面積，cm2。

植絨重量面密度可換算成填充高分子基體后導(dǎo)熱膜的石墨體積分?jǐn)?shù)。假設(shè)高分子基體完全充滿取向石墨鱗片陣列的所有空隙，單層取向石墨鱗片上下貫穿導(dǎo)熱界面膜,則導(dǎo)熱膜的石墨體積分?jǐn)?shù)Dv可以按照式(2)計(jì)算。

(2)

式中，h為導(dǎo)熱膜的厚度，此處采用石墨鱗片的平均粒徑作為厚度的近似值，cm；d為石墨密度，2.2 g/cm3[12]。

1.5 界面材料導(dǎo)熱率測(cè)試與計(jì)算

采用ASTM D5470- 17[13]測(cè)量材料垂直方向上的表觀導(dǎo)熱率Tc，其計(jì)算公式如式(3)所示。

(3)

式中，Q為通過(guò)樣品的平均熱流量，W；L為樣品厚度，m；A為樣品面積，m2；ΔT為上下熱傳感器的溫度差，K。在實(shí)際測(cè)量中，導(dǎo)熱率測(cè)量?jī)x主要測(cè)量垂直方向上的熱阻R，其計(jì)算公式如式(4)所示。

(4)

以單層和多層疊加試樣的厚度為橫坐標(biāo)，熱阻為縱坐標(biāo)，繪制直線。所得直線斜率的倒數(shù)就是材料的表觀垂直方向?qū)崧?，縱截距為界面熱阻Ri，其大小取決于樣品表面的粗糙度、柔軟度和樣品夾緊力等因素。

2 結(jié)果與討論

2.1 植絨時(shí)間和石墨微片粒徑對(duì)植絨重量面密度的影響

圖3為不同的石墨微片粒徑下植絨重量面密度Dm與植絨時(shí)間的關(guān)系。石墨垂直取向的植絨密度隨著植絨時(shí)間的增加而增加，并在約120 s時(shí)達(dá)到吸附飽和，進(jìn)一步延長(zhǎng)植絨時(shí)間使得植絨密度有不同程度的下降。植絨時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致后續(xù)飛入的石墨片持續(xù)沖擊已經(jīng)垂直排列好的石墨微片陣列，使其產(chǎn)生小部分傾倒，并擠壓周?chē)氖斐擅撀?，因此植絨時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，植絨密度反而會(huì)下降。因此，本文選擇植絨時(shí)間為120 s。圖3中，1 000 μm、500 μm、300 μm石墨微鱗片的飽和吸附重量面密度分別為0.024、0.018、0.012 g/cm2，依據(jù)式(2)換算成高分子完全填充狀態(tài)下的石墨體積分?jǐn)?shù)分別為11%、16%、18%。可見(jiàn)石墨微鱗片的飽和吸附重量面密度隨著石墨鱗片粒徑的增大而增大，而石墨體積分?jǐn)?shù)隨著粒徑的增大而減小。圖3的結(jié)果還表明靜電植絨法無(wú)法對(duì)石墨微鱗片進(jìn)行進(jìn)一步致密取向排列，這個(gè)局限源自于石墨微片的片狀形狀和石墨微片之間的靜電排斥。取向后的石墨微片陣列能夠承受68.95 kPa的壓力和低黏度液體的刮涂工藝，因此在平面XY方向上的這種無(wú)規(guī)取向排列結(jié)構(gòu)能起一定的相互支撐的作用。

圖3 不同的石墨微片粒徑下植絨重量面密度與植絨 時(shí)間的關(guān)系Fig.3 Relationship between flocking weight surface density and flocking time for different graphite microflake sizes

2.2 石墨微片垂直取向后的形貌觀察結(jié)果

圖4為不同粒徑的石墨鱗片在垂直取向后所成陣列的光學(xué)顯微鏡圖。從圖中可以直觀地看到吸附飽和后的石墨微片呈直立密集排列狀態(tài)；在平面方向，石墨鱗片呈現(xiàn)無(wú)規(guī)排列。石墨微片的粒徑越小，垂直取向的石墨鱗片越密集，這與2.1節(jié)中計(jì)算的石墨體積分?jǐn)?shù)結(jié)果一致。本文后續(xù)選擇1 000 μm石墨微片陣列進(jìn)行高分子基體填充成膜，并表征其導(dǎo)熱性能，以證明此方法制備高導(dǎo)熱界面材料的可行性和摸索實(shí)驗(yàn)條件。

圖4 不同粒徑的石墨微片在垂直取向后的俯視光學(xué)顯微鏡圖Fig.4 Top-down optical microscope images of graphite microflakes with different particle sizes after vertical orientation

2.3 HDPE和PU導(dǎo)熱膜的形貌觀察結(jié)果

圖5(a)為1 000 μm石墨微鱗片陣列填充高密度聚乙烯HDPE或聚氨酯PU微粉后熱熔固化所成的界面材料膜的實(shí)物圖。結(jié)果顯示：石墨鱗片取向陣列微粉填充后固化能形成大面積的導(dǎo)熱界面材料；由于PU為軟質(zhì)高分子，由PU粒子填充制備的導(dǎo)熱膜可以對(duì)折，并保持結(jié)構(gòu)完好；PE微粒填充制備的導(dǎo)熱膜為硬質(zhì)膜，填充固化后，厚度約為1 mm，與所用石墨微米鱗片的粒徑一致。圖5(b)和(c)分別為HDPE導(dǎo)熱膜和PU導(dǎo)熱膜的截面SEM圖，其中虛線中的部分為內(nèi)嵌于導(dǎo)熱膜的石墨微鱗片。結(jié)果顯示導(dǎo)熱膜中的石墨片基本保持直立狀態(tài)，受填充的HDPE顆粒和PU顆粒熔融過(guò)程的影響有限。但SEM圖也同時(shí)顯示所成膜的表面粗糙且存在微空洞，原因是高分子固體微粒在熔融的過(guò)程中發(fā)生塌陷和體積收縮，導(dǎo)致表面形成空洞形貌。雖然進(jìn)行了兩次填充，但還是無(wú)法完全填滿微坑。

圖5 石墨微鱗片陣列填充HDPE或PU微粉后所形成的界面材料膜的實(shí)物圖和截面SEM圖Fig.5 Physical and cross-sectional SEM images of the thermal interface material film formed by filling graphite microflake arrays with HDPE or PU powders

2.4 硅橡膠導(dǎo)熱膜的形貌觀察結(jié)果

圖6 硅橡膠導(dǎo)熱膜的柔順性展示圖、光學(xué)顯微鏡圖和截面SEM圖Fig.6 Flexibility display image, optical microscope image and cross-sectional SEM image of the silicone rubber thermal conductive film

排列的石墨微片陣列還可以通過(guò)刮涂的方式填充液體硅橡膠前驅(qū)體，并固化成柔順導(dǎo)熱膜。圖6(a)顯示固化后的硅橡膠導(dǎo)熱膜具備很好的柔順性，能夠被隨意地扭曲而保持膜結(jié)構(gòu)完整。圖6(b)為硅橡膠導(dǎo)熱膜的表面光學(xué)顯微鏡圖，顯示高分子完全覆蓋了石墨微片陣列，且表面完整無(wú)空洞。由于硅橡膠是柔性的高分子填充料，因此在游標(biāo)卡尺施加一定的壓力時(shí)導(dǎo)熱膜會(huì)發(fā)生形變，所測(cè)得的厚度約為900 μm，略小于聚乙烯粉料填充所制得的導(dǎo)熱膜。圖6(c)顯示硅橡膠導(dǎo)熱膜中垂直排列的石墨陣列保持完好，因此刮涂工藝沒(méi)有對(duì)石墨微片的取向結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，證明此垂直排列石墨微片陣列可形成較強(qiáng)的相互支持結(jié)構(gòu)。圖6(c)中虛線中的部分為內(nèi)嵌于硅橡膠導(dǎo)熱膜的石墨微片，可見(jiàn)直立的石墨微片在平面方向形成一定的相互支撐結(jié)構(gòu)。

2.5 石墨微片導(dǎo)熱界面材料的導(dǎo)熱性能測(cè)試結(jié)果

利用TIM tester導(dǎo)熱率測(cè)量?jī)x和ASTM 5470- 17標(biāo)準(zhǔn)分別作為測(cè)量導(dǎo)熱界面材料的標(biāo)準(zhǔn)儀器和方法[13]，不但能測(cè)量出導(dǎo)熱界面材料的垂直方向?qū)崧剩€能得出界面熱阻。本文采用多層疊加的方式來(lái)控制樣品的厚度并測(cè)試界面材料的導(dǎo)熱率和界面熱阻，這種疊加厚度方式引入了更多的界面，因此在進(jìn)行導(dǎo)熱數(shù)據(jù)分析解釋的時(shí)候需要考慮疊加引入的誤差。

圖7 石墨微片(1 000 μm)與不同聚合物制備的復(fù)合導(dǎo)熱膜在不同測(cè)試壓力下的導(dǎo)熱性能Fig.7 Thermal conductivity of the composite thermal conductive films prepared from graphite microflakes (1 000 μm) and different polymers under various test pressures

將體積分?jǐn)?shù)11%的垂直取向的石墨微片(平均粒徑1 000 μm)分別與聚氨酯、高密度聚乙烯粉末和硅橡膠填充復(fù)合，形成導(dǎo)熱膜，在不同壓力下測(cè)試其導(dǎo)熱性能，結(jié)果如圖7所示。由圖7(a)可知，聚氨酯微粉填充石墨微鱗片陣列所得的導(dǎo)熱膜，在68.95 kPa和689.5 kPa壓力下測(cè)得的導(dǎo)熱率Tc分別為4.3 W/(m·K)和8.7 W/(m·K)。隨著測(cè)試壓力的變大，界面材料與接觸測(cè)量臺(tái)之間的空氣間隙被擠出和填充，界面熱阻降低；石墨微片與上下熱臺(tái)的接觸更緊密，同時(shí)石墨鱗片之間更加緊實(shí)，使得導(dǎo)熱率增大。結(jié)果表明，在石墨體積分?jǐn)?shù)(11%)較低的情況下，在689.5 kPa壓力下實(shí)現(xiàn)了大于5.0 W/(m·K)的高導(dǎo)熱率。值得關(guān)注的是縱截距是熱臺(tái)與樣品之間的界面熱阻Ri，68.95 kPa壓力下的Ri為0.14 (cm2·K)/W，689.5 kPa壓力下的Ri為0.01 (cm2·K)/W，說(shuō)明隨著壓力的增大，導(dǎo)熱膜與熱臺(tái)之間的界面熱阻減小，這是由于隨著測(cè)試壓力變大，柔性導(dǎo)熱膜與熱臺(tái)之間的空氣進(jìn)一步被擠出和空隙被填滿，界面熱阻相應(yīng)變小。

圖7(b)中，從直線斜率可以計(jì)算出，即使在689.5 kPa和1 034.25 kPa的較大壓力下，HDPE導(dǎo)熱膜在垂直方向上的導(dǎo)熱率也比較低，分別為1.3 W/(m·K)和1.26 W/(m·K)，增加壓力對(duì)增加導(dǎo)熱率和減少界面熱阻的作用不明顯?？赡艿脑蚴歉呙芏染垡蚁橛操|(zhì)高分子，缺乏柔性，因此無(wú)法充滿上下兩個(gè)金屬界面之間的空氣間隙以及樣品層與層之間的空氣間隙；此外，本文利用層層疊加的厚度控制方法，引入了更多的層與層之間的熱阻，導(dǎo)致測(cè)試的誤差較大，甚至出現(xiàn)了縱截距為負(fù)的情況(實(shí)際上界面熱阻客觀存在，不能為負(fù)值)。

圖7(c)中，因?yàn)楣柘鹉z基體的柔順性，本文采用較低的測(cè)試壓力。在68.95 kPa壓力下，硅橡膠液態(tài)填充固化而形成的導(dǎo)熱材料的垂直方向?qū)崧蕿?.0 W/(m·K)。測(cè)試壓力提高至344.75 kPa，垂直方向?qū)崧噬?.1 W/(m·K)，未超過(guò)柔性聚氨酯界面材料的導(dǎo)熱率。造成硅橡膠填充的導(dǎo)熱材料導(dǎo)熱率偏低的可能原因是垂直取向的石墨微片頂部有硅橡膠過(guò)度覆蓋，刮涂工藝無(wú)法將表面覆蓋的液體硅橡膠刮到最??；而截面SEM結(jié)果(圖6(c))也顯示石墨微片的頂部邊緣有硅橡膠薄層覆蓋，導(dǎo)致高導(dǎo)熱的石墨鱗片層無(wú)法完全暴露和接觸測(cè)試的兩個(gè)熱傳感器表面，從而使熱阻增加，導(dǎo)熱率降低。聚氨酯和硅橡膠兩種柔性填充基體所制備的導(dǎo)熱材料都具備較低的界面熱阻，這有助于快速將表面熱量通過(guò)導(dǎo)熱材料傳遞擴(kuò)散到散熱表面。

2.6 石墨微片導(dǎo)熱界面材料的熱傳遞效果驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)所制得的導(dǎo)熱界面材料的熱傳遞效果，將含有石墨微片的柔性硅橡膠導(dǎo)熱膜與散熱石墨紙無(wú)膠貼合，并用紅外熱像儀表征界面材料的實(shí)際傳熱和散熱效果。硅橡膠導(dǎo)熱膜起到垂直方向上的傳熱作用，而石墨紙能將熱量快速地向平面方向散開(kāi)。將此散熱結(jié)構(gòu)無(wú)膠壓附于一個(gè)功率為30 W的熱電偶的表面，實(shí)驗(yàn)裝置如圖8(a)所示。圖8(b)為含有石墨微片的柔性硅橡膠導(dǎo)熱膜的散熱效果，紅外熱像儀顯示熱量從底部熱臺(tái)傳遞到石墨紙，并均勻分布在石墨散熱紙的表面，說(shuō)明底部熱量能夠通過(guò)導(dǎo)熱界面材料快速傳遞到石墨紙層，并通過(guò)石墨紙層擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，從而將局部熱點(diǎn)快速均勻化，以避免局部過(guò)熱。圖8(c)為不含石墨微片的硅橡膠導(dǎo)熱膜的散熱效果，紅外熱像儀顯示熱量集中在發(fā)熱器件的表面，無(wú)法散開(kāi)。以上結(jié)果表明石墨鱗片取向的硅橡膠導(dǎo)熱膜起到了很好的導(dǎo)熱界面材料的作用。而聚氨酯和HDPE填充的導(dǎo)熱膜由于表面粗糙度過(guò)大，無(wú)法與石墨散熱紙進(jìn)行無(wú)膠貼合，因此沒(méi)有做此項(xiàng)散熱效果實(shí)驗(yàn)。

圖8 含有石墨微片和不含石墨微片的硅橡膠導(dǎo)熱膜與石墨紙貼合后的散熱效果比較Fig.8 Comparison of heat dissipation effect of the silicone rubber thermal conductive films with and without graphite microflakes after bonding with graphite paper

3 結(jié)論

本文利用傳統(tǒng)的靜電植絨工藝和廉價(jià)易得的石墨微鱗片制備出導(dǎo)熱性能良好的大面積導(dǎo)熱界面材料，具備一定的實(shí)用價(jià)值。取向石墨鱗片陣列填充柔性的高分子基體(彈性聚氨酯和硅橡膠彈性體)，能得到具有較高導(dǎo)熱率和較低界面熱阻的導(dǎo)熱界面材料。散熱效果的測(cè)試結(jié)果表明具備黏彈性的硅橡膠導(dǎo)熱膜在無(wú)膠貼合散熱石墨紙和發(fā)熱表面后，可以起到快速傳熱和散熱的效果。

柔性聚氨酯導(dǎo)熱膜雖然具有高導(dǎo)熱率和低界面熱阻，但其表面粗糙度限制了其實(shí)用價(jià)值。硬質(zhì)高密度聚乙烯粉末和石墨微片復(fù)合而成的導(dǎo)熱膜，由于其柔性不足、粗糙度過(guò)大，無(wú)法測(cè)得可靠的導(dǎo)熱率。因此從實(shí)用角度考慮，硅橡膠液態(tài)前驅(qū)體刮涂更能有效地減少導(dǎo)熱膜的表面缺陷，更具實(shí)用性。此外，受限于石墨微鱗片在XY方向上的靜電排斥，在植絨飽和后，石墨鱗片的吸附密度無(wú)法進(jìn)一步提高，這也限制了導(dǎo)熱率的提升。在未來(lái)的研究中可以在取向后的石墨鱗片陣列內(nèi)填充無(wú)機(jī)高導(dǎo)熱粒子，再進(jìn)行硅橡膠液態(tài)前驅(qū)體的刮涂，以充分利用石墨鱗片陣列間的空隙，提高材料的導(dǎo)熱率。