中国粉体网讯 近日，清华大学丘陵副教授、中国科学院深圳先进技术研究院成会明院士和华南理工大学熊志远教授提出了界面声子桥策略，旨在降低二维材料TIM的接触热阻。相关工作以“Low thermal contact resistance boron nitride nanosheets composites enabled by interfacial arc-like phonon bridge”为题发表在《Nature Communications》上。
六方氮化硼纳米片（BNNS）因其高热导率及出色的介电性能，被认为是下一代高性能热管理材料。然而，当其用作热界面材料（TIM），高接触热阻严重限制其应用。目前具有高热导率的垂直序化的二维材料被广泛报道，但二维材料在复杂界面的热传导机制仍不明晰，限制其性能进一步提升。此外，高端TIM市场目前由国外企业垄断。因此，二维材料在复杂界面处的热传输机制理解、高性能二维材料TIM的设计及规模化制备，成为亟待解决的卡脖子问题。
在此背景下，丘陵研究团队提出了界面声子桥策略。该研究团队利用BNNS与粘塑性聚合物混合，通过易量产的堆叠-切割工艺，制备具有弧形结构的导热垫片。SEM结果显示，BNNS-TIM体相中的BNNS呈现高度一致的垂直排列，而在切割表面附近，形成特殊的弧形结构。
BNNS- TIM的制备和微观结构（图源：Nature Communications）
热阻是评价TIM在实际应用场景下散热性能的重要指标。研究团队发现70 wt.%含量的BNNS-TIM具有超低热阻（0.059 in²W K-¹），性能远高于目前报道的数值和商用高端导热产品。此外，BNNS-TIM还具有高介电强度，适用于高电场环境下电子设备的散热。文章用雷达图展示了BNNS-TIM在热、力和电学方面的综合优势，突显了其广阔的应用前景。
BNNS TIMs的热性能（图源：Nature Communications）
为了进一步理解70wt.%填量下BNNS-TIM出现的热阻最优值，文章将热阻进一步拆分成材料热阻与接触热阻。发现随着BNNS含量增加，总热阻逐渐减小，但接触热阻逐渐增加，使得热传导瓶颈由材料主导转向接触主导。研究发现，具有类似硬度的70 wt.% 和80 wt.%填量的BNNS-TIM在热阻值上显示巨大差异，这是由于70 wt.%填量BNNS-TIM的独特弧形结构能有效地在界面处传输声子。分子动力学模拟结果表明，BNNS的接触角度对界面热传输有显著影响。
界面声子桥策略的有效性（图源：Nature Communications）
该研究团队联合欣旺达、vivo等企业，展示了BNNS-TIM的巨大工业应用潜力，通过堆叠-切割工艺可以实现简单高效规模化生产。与商业产品相比，BNNS-TIM在静压下能够实现更好的降温效果，使其能应用于快充电池散热等高压散热情景。
参考来源：Nature Communications、清华大学深圳国际研究生院、高分子科学前沿
（中国粉体网编辑整理/梧桐）
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