Fig. 1. Schematisk av PVA/fBN med olika SCA -kopplingar. Kredit:CHENG Hua
En forskargrupp från Institute of Solid State Physics, Hefei Institutes of Physical Science har genomfört en studie om värmeledningsförmåga hos kompositer. De fann att termisk konduktivitet (TC) för kompositfilm av poly (vinylalkohol)/bornitrid kan regleras på molekylär nivå genom kovalent koppling.
TC-förbättring av polymerbaserade förpackningskompositer är av stor betydelse för termisk hantering av elektronik. Gränssnittet mellan fyllmedel och polymermatris är flaskhalsen för värmeöverföringen i kompositmaterialet.
Kovalent bindning ger permanenta fästen mellan fyllmedel och polymerer, effektivt begränsa motsvarande spridning av fononer, vilket minskar gränsytans termiska motstånd. Dock, de införda molekylerna lindade på omgivningen av fyllmedel kan möjligen fungera som termiska barriärer. Således, att klargöra effekten av silankopplingsmedel (SCA) på kompositens TC är av betydelse.
För att ta itu med problemet, teamet undersökte systematiskt effekten av tre typer av SCA på TC av poly(vinylalkohol)/funktionaliserad bornitrid (PVA/fBN).
Resultaten visade att SCAs molekyler med kort sidokedja, dvs vinyltrietoxisilan och tetraetylortosilikat, ökade TC för kompositpolymer, med maximalt värde på 1,636 W/m·K, vilket var 337,3% av PVA/ fBN.
Fig. 2. (a) TC för kompositerna med olika SCAs och olika SCAs laddningar, (b) radiell distributionsfunktion (RDF) för det jämviktade PVA-SCAs-fBN-systemet. Upphovsman:CHENG Hua
Fig. 3. (a) Temperaturutveckling med förfluten tid och (b) infraröda termiska bilder av kompositerna med 0,007 mol SCA -belastning, (c) konfiguration av LED -temperaturmätning och (d) LED -lampans utveckling av arbetstemperatur med kompositfilmsubstrat (visat på insidan) med 0,007 mol SCA -belastning. Kredit:CHENG Hua
I kontrast, 3-glycidoxipropyltrimetoxisilan med lång sidokedja minskade TC till 54,4% av PVA/ fBN.
Integrerad med atomistiska simuleringar, man kan dra slutsatsen att antalet hydrolyserbara Si-O-R för SCA-molekyler påverkar TC för PVA-fBN-komposit genom att kontrollera självkondensationsgraden av SCA. Den långa sidokedjan av SCA förbättrar störningen i den molekylära strukturen i den vicinala strukturen, begränsa fononöverföringen.
Det avslöjade inneboende sambandet mellan TC för kompositmaterialet och molekylstrukturen hos SCA skulle ge ett nytt perspektiv för att förstå den kovalenta bindningsreglerade TC:n för polymer/fyllnadssystemet.
Denna studie kommer att vägleda termisk hantering av material på molekylär nivå, ytterligare stöd för utvecklingen av avancerad elektronik.
