研究背景
作为散热器和器件之间热传输的桥梁，热界面材料（Thermal interface materials, TIMs）通过填充接触界面的空隙降低界面热阻，是散热结构中不可或缺的一部分。为了满足柔性电子和微电子器件的散热需求，理想的TIMs应具有较高的导热系数，同时具有高的灵活性和柔软度，以适应不同的应用场景。液态金属(Liquid metal, LM)的流动性使其成为制备柔性热界面材料的备选材料之一。但是如何将LM与导热网络相结合实现导热和柔性的同步提高仍具有挑战性。
文章概述
2024年10月，南方科技大学李保文教授团队在Small期刊发表题为“3D Network of Liquid Metal-Embedded Graphene via Surface Coating for Flexible Thermal Management”的研究论文。该研究通过超声制得了稳定的LM@GN（Liquid metal@Graphene nanosheet）包覆液滴，GN与ANF（Aramid nanofiber）的π-π相互作用使LM@GN填料在LM@GN/ANF薄膜中均匀分散形成了良好的导热网络。由于LM和GN相互桥接产生的导热协同增强机制，该薄膜实现了5.67 W·m-1·K-1的高导热系数。在力学性能方面，LM的形变能力为薄膜在受力时提供了额外的能量耗散途径，增加了材料的使用寿命。同时，适量的LM@GN可有效降低材料刚度，杨氏模量相较纯ANF基体降低了24.5 %。由此，制备的LM嵌入GN网络的导热薄膜具有优异的导热性质和独特的柔性，在柔性热管理上有极大的应用前景。
研究亮点
对于LM@GN，石墨烯纳米片在LM微滴表面进行包覆，提升液滴整体的导热性能并防止LM微滴间的重新聚合。由于ANF和石墨烯的π-π共轭相互作用，ANF可以作为一种“絮凝剂”。这种絮凝作用使包覆后的LM微滴和离散的石墨烯纳米片聚集形成絮团，防止重的LM沉降。一方面，这种独特的LM@GN包覆结构和良好的分散特性使得薄膜内部LM微滴与GN导热网络桥接，在内部构成连续导热通路。另一方面，LM液滴的形变能力还为薄膜在受到应力时提供额外的能量耗散和弹性形变。
图 1. LM@GN填料和LM@GN/ANF薄膜的结构以及特性
图 2. LM@GN/ANF 薄膜的导热性能
图 3. LM@GN/ANF 薄膜的力学性能。
文章信息
Wenmei Luo, Baojie Wei, Tianlin Luo, Baowen Li, Guimei Zhu.3D Network of Liquid Metal-Embedded Graphene via Surface Coating for Flexible Thermal Management, [J]. Small (2024).2406574
https://doi.org/10.1002/smll.202406574
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