一、什么是熱管理?

熱管理，顧名思義，就是對(duì)“熱”進(jìn)行管理，英文是：Thermal Management。熱管理系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域，控制著系統(tǒng)中熱的分散、存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換。先進(jìn)的熱管理材料構(gòu)成了熱管理系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而熱傳導(dǎo)率則是所有熱管理材料的核心技術(shù)指標(biāo)。

當(dāng)微電子材料或器件相互接合時(shí)，實(shí)際的接觸面積只有宏觀接觸面積的10%，其余的均為充滿(mǎn)空氣的間隙，而空氣導(dǎo)熱系數(shù)低于0.03W/(m·K)，是熱的不良導(dǎo)體，這會(huì)降低系統(tǒng)散射效率。使用具有高熱導(dǎo)率和延展性的熱界面材料（TIM）填充這些間隙，從而在微電子器件和散熱器間建立無(wú)間隙的接觸，可以大幅度降低接觸熱阻。

熱界面材料的工作示意圖

理想的TIM材料應(yīng)具備以下幾種特性：①高熱性，減少熱界面材料本身的熱阻；②高柔韌性，保證在較低安裝壓力條件下熱界面材料能夠最充分地填充接觸表面的空隙，保證熱界面材料與接觸面間的接觸熱阻很��；③絕緣性；④安裝簡(jiǎn)便并具可拆性；⑤適用性廣，既能被用來(lái)填充小空隙，又能填充大縫隙。

聚合物具有高柔韌性、絕緣性的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于熱界面材料。而作為熱界面材料，高的熱導(dǎo)率是必需的。而通常的聚合物材料以及橡膠材料的熱導(dǎo)率都比較低，添加無(wú)機(jī)填料，比如氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硼以及碳納米管等可以有效改善聚合物材料的熱導(dǎo)率，但是一直以來(lái)存在的問(wèn)題是：無(wú)機(jī)填料的加入，會(huì)使聚合物材料變脆、變硬，可加工性和柔韌性下降，這些恰恰使得聚合物作為高可加工材料的優(yōu)勢(shì)喪失殆盡。目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)針對(duì)材料柔韌性下降這個(gè)問(wèn)題并沒(méi)有很好的解決方案，通常的做法是使用柔韌性盡量好的聚合物基體材料，另外，在保持材料柔韌性和獲得高熱導(dǎo)率之間尋求一個(gè)良好的平衡。

二、5G時(shí)代高功率、高集成、高熱量趨勢(shì)明顯，熱管理成為智能手機(jī)的“硬需求”

2022年以來(lái)，5G技術(shù)邁向全面普及，消費(fèi)電子產(chǎn)品向高功率、高集成、輕薄化和智能化方向加速發(fā)展。由于集成度、功率密度和組裝密度等指標(biāo)持續(xù)上升，5G時(shí)代電子器件在性能不斷提升的同時(shí)，工作功耗和發(fā)熱量急劇升高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電子器件因熱集中引起的材料失效占總失效率的65%~80%。為避免過(guò)熱帶來(lái)的器件失效，導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱凝膠、石墨導(dǎo)熱片、熱管和均熱板（VC）等技術(shù)相繼出現(xiàn)、持續(xù)演進(jìn)，散熱管理已經(jīng)成為5G時(shí)代電子器件的“硬需求”。

目前，電子器件使用的散熱技術(shù)主要包括石墨散熱、金屬背板、邊框散熱、導(dǎo)熱凝膠散熱等導(dǎo)熱材料以及熱管、VC等導(dǎo)熱器件。其中，導(dǎo)熱凝膠、導(dǎo)熱硅脂、石墨片和金屬片主要在中小型電子產(chǎn)品使用，熱管和VC則主要用在筆記本、電腦、服務(wù)器等中大型電子設(shè)備。

導(dǎo)熱系數(shù)和厚度是評(píng)估散熱材料的核心指標(biāo)。傳統(tǒng)手機(jī)散熱材料以石墨片和導(dǎo)熱凝膠等熱界面材料為主，但是石墨片存在導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低，熱界面材料則存在厚度相對(duì)較大等問(wèn)題。在手機(jī)廠商的推動(dòng)下，石墨烯材料持續(xù)取得突破，開(kāi)始切入到消費(fèi)電子散熱應(yīng)用；熱管和VC厚度不斷降低，開(kāi)始從電腦、服務(wù)器等領(lǐng)域滲透到智能手機(jī)領(lǐng)域。

三、熱管理材料的最新研究進(jìn)展

聚合物基導(dǎo)熱材料主要研究集中在填充型導(dǎo)熱聚合物方向，用于導(dǎo)熱界面材料的聚合物基體主要有：有機(jī)硅、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯及聚異丁烯等。導(dǎo)熱填料類(lèi)型主要有：⑴碳類(lèi)，如無(wú)定型碳、石墨、金剛石、碳納米管和石墨烯等；⑵陶瓷類(lèi)，如氮化硼（BN）、氮化鋁（AlN）、氮化硅（Si₃N₄）、碳化硅（SiC）、氧化鎂（MgO）、氧化鋁（Al₂O₃）和氧化硅（SiO₂）等。填料的添加量、形狀、尺寸、混合比例、表面處理及取向、團(tuán)聚、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等都對(duì)聚合物基導(dǎo)熱材料的熱導(dǎo)率有很大的影響。目前，研究者主要將精力集中在設(shè)計(jì)新型的聚合物/填料復(fù)合材料，主要通過(guò)優(yōu)化導(dǎo)熱填料的本征化學(xué)/物理結(jié)構(gòu)、定構(gòu)導(dǎo)熱填料的三維網(wǎng)絡(luò)等方式提高聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。

華東理工大學(xué)吳唯教授課題組通過(guò)Cu²⁺的原位還原，實(shí)現(xiàn)了在二維氮化硼（BN）片層對(duì)零維納米Cu球的負(fù)載，制備出全新的BN@Cu雜化填料。由于這種BN@Cu雜化填料特殊的結(jié)構(gòu)特征，一方面提高了填料表面粗糙度，二維BN填料表面因零維納米Cu球的凸起更易形成穩(wěn)定的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)；另一方面增大了填料與基體間接觸面積，使熱量從聚合物基體以聲子傳遞形式經(jīng)二維BN平臺(tái)作用再通過(guò)納米Cu球傳導(dǎo)提供了更通暢的通道，減少了聲子散射。二者共同作用的結(jié)果，有效提高了聚合物的熱導(dǎo)率。通過(guò)對(duì)不同負(fù)載量下雜化填料對(duì)聚合物導(dǎo)熱性能的研究，獲得了對(duì)構(gòu)建導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)最為有效的填料結(jié)構(gòu)，將聚合物導(dǎo)熱系數(shù)提高了500%。這類(lèi)新型雜化導(dǎo)熱填料相對(duì)于單一導(dǎo)熱填料而言，不僅在構(gòu)建導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的能力上體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，還能大幅降低接觸熱阻，對(duì)提高聚合物導(dǎo)熱性能研究具有重要的科學(xué)意義及應(yīng)用價(jià)值

南京理工大學(xué)化工學(xué)院吳凱副教授一直致力于聚合物復(fù)合材料的熱管理研究，圍繞導(dǎo)熱系數(shù)低和耐溫性問(wèn)題提出了一系列提高聚合物復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的新方法。例如，構(gòu)筑貫穿雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（Compos. Sci. Technol.2016, 130, 28（一區(qū)）;Compos. Sci. Technol. 2017, 151,193（一區(qū)））、設(shè)計(jì)隔離雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（ACS Appl. Mater.Interfaces 2017, 9, 7637（一區(qū)）;Compos. Sci. Technol.2017, 151, 193（一區(qū)））、二維導(dǎo)熱納米片邊緣選擇性羥基化的策略（J. Mater. Chem. A2018, 6, 11863（一區(qū)）;ACS Appl. Mater. Interfaces 2017,9, 30035（一區(qū)）;ACS Appl. Mater. Interfaces 2019,11, 40685（一區(qū)））等。

上海大學(xué)納米科學(xué)與技術(shù)研究中心丁鵬研究員團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出熱響應(yīng)性的導(dǎo)熱材料，通過(guò)材料自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了材料在特定溫度條件下觸發(fā)的主動(dòng)熱響應(yīng)行為，將其應(yīng)用于電子器件上表現(xiàn)出主動(dòng)散熱的智能熱管理效果�；�于可調(diào)控的強(qiáng)共價(jià)鍵作為永久交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，氫鍵作為可犧牲和可恢復(fù)的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組成雙交聯(lián)氮化硼網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合可相變的聚乙二醇，制備了熱響應(yīng)聚合物復(fù)合材料。通過(guò)密度泛函理論（DFT）以及分子動(dòng)力學(xué)模擬（MD）計(jì)算，模擬了不同比例的羥基化氮化硼（BNNSs-OH）和聚乙烯醇（PVA）之間所成氫鍵鍵能以及所成氫鍵個(gè)數(shù)，對(duì)雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了調(diào)控。結(jié)果表明，BNF（B1P1.5）具有良好的彈性和較高的抗壓強(qiáng)度。此外，對(duì)導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了具有良好導(dǎo)熱性能和傳熱性能的聚乙二醇/氮化硼/雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)熱響應(yīng)聚合物復(fù)合材料。得到的熱響應(yīng)聚合物復(fù)合材料具有良好的散熱性能（ΔT_max=10℃)，同時(shí)能夠通過(guò)自身形狀的變化顯示器件溫度的變化。這一研究工作通過(guò)材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能調(diào)控，促進(jìn)了多功能導(dǎo)熱復(fù)合材料的發(fā)展。

2022年3月29日（星期二）下午14:00～18:20        

會(huì)議地點(diǎn)：二樓宴會(huì)廳

會(huì)議主持人：待定

2022年3月30日（星期三）上午9:00～12:30          

會(huì)議地點(diǎn)：二樓宴會(huì)廳

會(huì)議主持人：待定

（注：會(huì)議組委會(huì)將根據(jù)情況對(duì)會(huì)議日程進(jìn)行調(diào)整）