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  隨著電子領(lǐng)域（5G通信、新能源汽車、人工智能）電子設(shè)備集成度不斷提升、功率密度持續(xù)增加，縱向熱管理需求愈發(fā)迫切，熱界面材料（TIM）面臨新的挑戰(zhàn)。EVA憑借其優(yōu)異的耐熱性和耐候性，在光伏領(lǐng)域已經(jīng)取得了成熟的應(yīng)用。然而，當(dāng)直接用于制備TIM時，EVA表現(xiàn)出不足的柔性和粘附性。傳統(tǒng)的丙烯酸熱界面材料雖具備良好的適配性和易加工性，但在長期處于高溫、高濕環(huán)境時，易出現(xiàn)聚合物基體老化、熱導(dǎo)率衰減且各向異性調(diào)控困難，導(dǎo)致熱管理效能降低等問題。針對這一難題，江蘇科技大學(xué)趙正柏團(tuán)隊(duì)在《Journal of Colloid and Interface Science》發(fā)表最新研究，致力于開發(fā)新型熱界面導(dǎo)熱材料，以突破丙烯酸TIM性能瓶頸以及提升TIM的異方向?qū)岱�(wěn)定性。

  在這項(xiàng)研究中，研究人員通過C-C鍵將乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）與異丁烯-異戊二烯橡膠（IIR）接枝共聚合成了EVA@IIR共聚物。該共聚物克服了EVA柔韌性不足、IIR熱穩(wěn)定性差的缺陷，兼具優(yōu)異的粘附性（800 N/mm）、拉伸性能（斷裂伸長率350%）、自修復(fù)能力（熱輔助修復(fù)斷口）和可回收性（溶劑溶解后重鑄性能穩(wěn)定）。在結(jié)構(gòu)上顛覆傳統(tǒng)片狀或纖維狀填料，采用球形Al₂O₃設(shè)計單層分布結(jié)構(gòu)，通過涂層技術(shù)匹配膜厚，70μmAl₂O₃（70wt%）填充時，垂直熱導(dǎo)率較基體提升129.3%，顯著優(yōu)于非單層結(jié)構(gòu)，且隨顆粒尺寸增大正比提升。研究團(tuán)隊(duì)在EVA@IIR接枝共聚基礎(chǔ)上又引入交聯(lián)劑進(jìn)行二次交聯(lián)，設(shè)計的雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)基質(zhì)以及填料單層結(jié)構(gòu)，為垂直熱導(dǎo)率熱界面材料（TIM）性能的提升提供了新思路。

圖1. (A) EVA@IIR共聚物的制備步驟圖示；(B) EVA@IIR形成的化學(xué)反應(yīng)過程。

圖2. (A)GPC曲線，（B）拉曼光譜和（C）不同膜的DSC曲線 (藍(lán)色（D）EVA/IIR物理共混物，（D1）EVA@IIR不含TAIC和（D2）EVA@IIR含TAIC樣品的分子量分布。通過化學(xué)分析進(jìn)行交聯(lián)表征。不同材料狀態(tài)下苯甲酸檢測的氣相色譜（GC）響應(yīng)曲線：（E）EVA/IIR物理共混物，（E1）EVA@IIR（不含TAIC）和（E2）EVA@IIR（含TAIC）。(沒有TAIC的EVA@IIR：沒有TAIC固化過程的EVA@IIR膜，有TAIC的EVA@IIR：通過TAIC固化的EVA@IIR膜）。

圖3. (A)拉伸強(qiáng)度和（B）EVA@IIR膜的斷裂伸長率（綠色：具有TAIC的EVA@IIR膜，藍(lán)色：不具有TAIC的EVA@IIR膜）；（C-C3）具有TAIC的EVA@IIR膜的拉伸照片。(D) EVA@IIR與TAIC膜在不同基材上的粘接效果。(E)用于粘合的薄膜的熱活化溫度。(F)分別測定了不同薄膜的剝離力。

圖4. (A)TIM的導(dǎo)熱膠膜設(shè)計圖。（B）EVA@IIR、（B1）70wt%10μm Al₂O₃填充、（B2）70wt% 40μm Al₂O₃填充和（B3）70wt%70μm Al₂O₃填充的薄膜的性能分別為：（C，C1，C2）、（D，D1，D2）和（E，E1，E2）的表面和橫截面形態(tài)分別對應(yīng)于（B1）、（B2）和（B3）。（圖4（C、D、E）中的比例尺=200 μm，圖4（C1、D1、E1）中的比例尺=50 μm，圖4（C2、D2、E2）中的比例尺=50 μm）；（F）為樣品安裝試驗(yàn)示意圖。（G，G1）、（H，H1）、（I，I1）和（J，J1）的保留性能分別對應(yīng)于（B）、（B1）、（B2）和（B3）。

圖5. (A)研究了不同厚度（30，80和110 μm）的Al₂O₃；（A）30wt%、（A1）50wt%和（A2）70wt%填充的EVA@IIR薄膜在垂直（K_⊥）和水平（K_∥）方向的導(dǎo)熱系數(shù)。(A3)不同厚度、不同尺寸Al₂O₃填料的膠膜示意圖。(B)采用相同厚度（110 μm）的70wt% Al₂O₃填充的EVA@IIR薄膜在垂直（K_⊥）和水平（K_∥）方向的熱導(dǎo)率。(B)采用相同厚度（110 μm）的70wt% Al₂O₃填充的EVA@IIR薄膜在垂直（K_⊥）和水平（K_∥）方向的熱導(dǎo)率。(C)單層Al₂O₃填充導(dǎo)熱膠膜的垂直熱導(dǎo)率分布。(D)研究了不同Al₂O₃粒徑的單層Al₂O₃填充導(dǎo)熱膠膜的紅外熱像。(D1)采用單層Al₂O₃填充導(dǎo)熱膠膜作為TIM，與石墨片散熱器集成的芯片散熱性能的實(shí)驗(yàn)評估。

圖6. (A)研究了傳統(tǒng)的丙烯酸酯基導(dǎo)熱膠膜的耐低溫性能和所開發(fā)的單層Al₂O₃填充導(dǎo)熱膠膜的耐低溫性能。(B)研究了所制備的單層Al₂O₃填充導(dǎo)熱膜的自修復(fù)性能、（C）可回收性和（C1）經(jīng)三次回收處理后的導(dǎo)熱性。

  本研究通過分子設(shè)計與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，成功開發(fā)出基于EVA@IIR共聚物的新型熱界面材料，以單層Al₂O₃的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)垂直熱導(dǎo)率129.3%的提升，解決了丙烯酸TIM各向異性調(diào)控難題，且集成自修復(fù)、可回收特性；克服了傳統(tǒng)材料“損傷即報廢”的缺陷；優(yōu)異的低溫抗性與熱穩(wěn)定性，擺脫了丙烯酸材料在極端環(huán)境下的性能衰減問題。該成果不僅為電子設(shè)備熱管理提供了高性能替代材料，更開創(chuàng)了“熱導(dǎo)-可靠-可持續(xù)”三位一體的TIM設(shè)計新思路；未來有望在5G基站、新能源汽車電池、航空航天等高端領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，推動熱界面材料從“單一功能”向“全能高效”的跨越式發(fā)展。

  原文鏈接：http://doi.org/10.1016/j.jcis.2025.138367