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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上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產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，技術背景依托中國科學院，卷柔產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)控等光學鍍膜產品的開發(fā)和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。
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，電子技術取得了巨大的進步。然而，隨著設備變得越來越薄，容納內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）每個膠片過濾器側的高度輪廓。（g） CF/CNF薄膜在各個方向上的熱導率。（h）平面內導熱系數(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)異的面內各向異性導熱性。
選擇具有高導熱性的基質也很重要。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。
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。該過程產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%的高面內熱導率各向異性，對準方向的電導率為7.8 W / mK，面內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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上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產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，技術背景依托中國科學院，卷柔產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)控等光學鍍膜產品的開發(fā)和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。
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