成果简介
电子和能源设备的集成度、多功能化和功率密度的急剧增加，对散热和局部温度监测提出了越来越高的要求，以保持设备的性能和使用寿命。然而，传统的 TIM 始终局限于热传导，缺乏监测发热器件局部温度异常的能力。本文，苏州大学功能纳米与软物质研究院梁志强 教授、江林 教授等在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“Vertical 3D printing of rGO/CNTs arrays for thermal interface materials with in-situ local temperature monitoring function”的论文，研究提出一种能够进行局部温度异常监测的柔性 TIM，它是基于垂直三维（3D）打印的还原氧化石墨烯/碳纳米管（rGO/CNT）阵列，具有垂直排列的多尺度结构。
垂直排列的微结构使 rGO/CNTs 支柱具有出色的热导率，高达 38.91 W-m-1 K-1，而基于这种 rGO/CNT 垂直阵列的柔性 TIM 的通面热导率也达到了 6.04 W-m-1 K-1。利用垂直阵列中独立的 rGO/CNTs 支柱以及 rGO/CNT 支柱和聚二甲基硅氧烷（PDMS）基质之间热导率的显著差异，我们制备出了能够原位监测局部温度异常的柔性 TIM。这种多尺度垂直三维打印垂直排列碳纳米材料阵列的方法可以扩展到其他纳米材料，为一系列能源和电子元件（如动力电池组、CPU、电源或通信集成电路）构建多功能TIM。
图文导读
图1.rGO/CNTs阵列的垂直3D打印，用于开发具有高导热性和局部温度监测能力的柔性TIM。
图2.rGO/CNTs油墨的制备和流变性能，以及垂直rGO/CNTs阵列的印刷。
图3.rGO/CNTs支柱的导热性能以及基于垂直rGO/CNTs阵列制备的TIMs。
图4.V-GC-PDMS TIM的热性能
图5.V-GC-PDMS TIM的散热和局部温度监测性能。
小结
总之，我们展示了一种基于三维打印垂直排列的 rGO/CNTs 阵列的柔性 TIM，它具有高垂直导热性和局部温度监测功能。我们开发了一系列 rGO/CNTs 油墨和垂直三维打印技术，以构建多尺度垂直排列的 rGO/CNTs 阵列。垂直打印的 rGO/CNTs 阵列由宏观上独立的垂直 rGO/CNTs 柱和垂直排列的 rGO/CNTs 微结构组成。这种垂直排列的三维 rGO/CNTs 网络可形成多个相互连接的通道，从而促进有效的热传输。此外，一维 CNT 的引入提供了额外的热传导通道，降低了二维 rGO 纳米片之间的界面热阻，从而使 rGO/CNT 柱的热传导率高达 38.91W-m-1K-1。基于垂直 rGO/CNTs 阵列制造的柔性 TIMs的通面热导率达到 6.04W-m-1 K-1，只有在填料含量仅为 9.85 wt% 时TCE才达到351。更重要的是，基于 rGO/CNTs 阵列的柔性 TIMs 能在原位监测局部温度异常，而 rGO/CNTs 柱与 PDMS 基体之间的热导率存在显著差异。这是热传导领域首次实现传热与局部温度监测相结合的策略。
文献：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.153643
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