新型納米復合薄膜增強了薄電子材料的散熱能力
新型納米復合薄膜增強了薄電子材料的散熱能力
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上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國科學院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務。
據(jù)悉，在過去的幾十年里，隨著更薄、更輕、更靈活和更堅固的設備的發(fā)展，電子技術(shù)取得了巨大的進步。然而，隨著設備變得越來越薄，容納內(nèi)部工作組件的空間也越來越小。這造成了薄膜器件散熱不當?shù)膯栴}，因為傳統(tǒng)的散熱器材料體積龐大，無法集成到其中。因此，需要薄而柔韌的熱擴散材料，并且可以在薄膜器件中實現(xiàn)以實現(xiàn)有效的散熱。
在一項新的研究中，來自日本的科學家利用液相三維模式設計了由纖維素納米纖維基質(zhì)和碳纖維填料制成的柔性熱擴散薄膜。制備的薄膜在平面方向上具有較大的導熱系數(shù)各向異性，促進了散熱，避免了熱源之間對薄膜電子器件的熱干擾。
來源：Kojiro Uetani from TUS, Japan
他們通過CFs和海鞘衍生的CNF水懸浮液的液體三維模式合成了單軸排列的CF/CNF復合薄膜，并證明了薄膜平面的熱導各向異性。在薄膜上安裝了頂發(fā)射型粉末電致發(fā)光裝置，并對其散熱性能進行了測試。擬合兩個近似熱源，同時評價兩個熱源之間的隔熱性能和不同方向的散熱性能。此外，通過在特定溫度下熱處理從復合膜中提取CF，并研究其作為導熱填料的重復使用性。
“對于以高密度安裝多個器件的基板，有必要控制熱擴散方向，并在器件之間進行隔熱的同時找到有效的散熱路徑。因此，開發(fā)在面內(nèi)導熱系數(shù)中具有高各向異性的基底膜是一個重要的目標。“日本東京理科大學（TUS）的初級副教授Kojiro Uetani解釋說。
定向CF/CNF復合膜。（a）液相3D圖案設置和（b）使用的圖案程序。（c）在定型后輕輕移除凝塊時，定型凝膠的外觀。（d）通過干燥帶圖案的凝膠形成對準CF10膜。（e）校準CF10和Random-CF10薄膜中的CF對準角度分布。（f）每個膠片過濾器側(cè)的高度輪廓。（g） CF/CNF薄膜在各個方向上的熱導率。（h）平面內(nèi)導熱系數(shù)和（i）不同2D材料的導熱系數(shù)與填料含量的平面內(nèi)各向異性。
他們的研究發(fā)表在ACS上。在研究中，報告了一種新開發(fā)的由纖維素納米纖維和碳纖維填料制成的納米復合膜，該薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的面內(nèi)各向異性導熱性。
選擇具有高導熱性的基質(zhì)也很重要。據(jù)報道，從幔蟲中提取的纖維素納米纖維（CNF）比傳統(tǒng)聚合物具有更高的導熱性（約2.5 W / mK），使其適合用作散熱材料。正如用鉛筆在紙上書寫的能力所表明的那樣，纖維素對碳材料具有高親和力，并且易于與CF填料結(jié)合。例如，疏水性CF本身不能分散在水中，但在CNF存在下，它很容易分散在水中。因此，該團隊選擇了生物基的ascidian（海鞘）衍生的CNF作為基質(zhì)。
CF/CNF薄膜上形成的頂部發(fā)射粉末EL器件的散熱試驗。
對于材料合成，該團隊制備了CF和CNF的水懸浮液，然后使用了一種稱為液體3D圖案化的技術(shù)。該過程產(chǎn)生了一種納米復合材料，該納米復合材料由具有一氧化碳對齊的碳纖維的纖維素基質(zhì)組成。為了測試薄膜的導熱性，該團隊使用了激光點周期性加熱輻射測溫法。他們發(fā)現(xiàn)，該材料表現(xiàn)出433%的高面內(nèi)熱導率各向異性，對準方向的電導率為7.8 W / mK，面內(nèi)正交方向的電導率為1.8 W / mK。他們還在CF / CNF薄膜上安裝了粉末電致發(fā)光（EL）器件，以演示有效的散熱效果。此外，納米復合膜可以冷卻兩個緊密放置的偽熱源，而沒有任何熱干擾。
兩個接近熱源的散熱試驗。
除了優(yōu)異的熱性能外，CF/CNF薄膜的另一個主要優(yōu)點是它們的可回收性。研究人員能夠通過燃燒纖維素基質(zhì)來提取CF，從而可以重復使用。總體而言，這些發(fā)現(xiàn)不僅可以作為設計具有新穎散熱模式的2D薄膜的框架，還可以促進該過程的可持續(xù)性。
來源：Thermal Diffusion Films with In-Plane Anisotropy by Aligning Carbon Fibers in a Cellulose Nanofiber Matrix, ACS Applied Materials & Interfaces (2022). DOI: 10.1021/acsami.2c09332
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上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國科學院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務。
采用德國薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴格工藝標準的閉環(huán)式流程技術(shù)制備體系，能夠制備各種超高性能光學薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應用領域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫(yī)用激光器、光學科研，紅外制導、面部識別、VR/AR應用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框，工業(yè)燈具照明，廣告機，點餐機，電子白板，安防監(jiān)控等。卷柔新技術(shù)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的全自動生產(chǎn)線【sol-gel溶膠凝膠法鍍膜線】，這條生產(chǎn)線能夠生產(chǎn)全球先進的減反射玻璃。鍍膜版面可達到2440*3660mm，玻璃厚度從0.3mm到12mm都可以,另外針對PC,PMMA方面的增透膜也具有量產(chǎn)生產(chǎn)能力。ARcoating減反膜基本接近無色,色彩還原性好，并且可以避免了磁控濺射的缺點，鍍完增透膜后玻璃可以做熱彎處理和鋼化處理以及DIP打印處理。這個難度和具有很好的應用性，新意突出，實用性突出，濕法鍍膜在價格方面也均優(yōu)于真空磁控的干法。
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