Исследование и оптимизация свойств материалов с термической границей раздела с помощью настольного СЭМ ZEM18

С быстрым повышением производительности электронных устройств, таких как интеллектуальные портативные устройства, беспилотные летательные аппараты и электромобили, были выдвинуты более высокие требования к теплопроводности и плотности материалов термоинтерфейса (TIMs). Материал термоинтерфейса в основном состоит из двух частей: теплопроводящего наполнителя и материала матрицы. Теплопроводящие наполнители, широко используемые в настоящее время, представляют собой в основном сферические или квазисферические керамические материалы, такие как сферический оксид алюминия (Al₂O₃) и нитрид алюминия.

Исследовательская группа из Китайского университета наук о земле, использовала для исследований настольный сканирующий электронный микроскоп ZEPTOOLS серии ZEM. Они исследовали гексагональный нитрид бора (hBN) и сферический оксид алюминия (рис. 1) в качестве композиционных термонаполнителей, а также использовали традиционные методы получения в сочетании с продуманными методами последующей обработки для ориентации hBN в термоинтерфейсных материалах на основе силиконового каучука. Соответствующие результаты были опубликованы в журнале Materials Engineering and Performance под названием “Получение недорогих термоинтерфейсных материалов на основе силиконового каучука низкой плотности синергетически ориентированным боронитридом с глиноземом".

Они обнаружили, что, контролируя направленное расположение hBN под действием сил сдвига, можно значительно улучшить теплопроводность материала, одновременно уменьшая негативные эффекты, вызванные большим объемом наполнения, такие как повышенная твердость и дефекты поверхности. Кроме того, образцы, расположенные направленным образом, также обладают лучшими характеристиками по механическим свойствам, таким как степень сжатия, относительное удлинение при разрыве и предел прочности при растяжении.



На изображении 2 показана морфология поперечного сечения композиционных материалов из Al₂O₃ и r-hBN (ориентированного на наклон гексагонального нитрида бора), Al₂O₃ и SP o-hBN (ориентированного на односторонний сдвиг гексагонального нитрида бора), а также Al₂O₃ и MP o-hBN (ориентированного на разнонаправленный сдвиг гексагонального нитрида бора).



На изображении 3, полученном на ZEM18 показана морфология поперечного сечения композиционных материалов Al₂O₃ и однонаправленного ориентированного на сдвиг гексагонального нитрида бора (SP o-hBN), композиционных материалов Al₂O₃ и разнонаправленного ориентированного на сдвиг гексагонального нитрида бора (MP o-hBN) и клеев.



Таким образом, это исследование показывает, что благодаря разумному дизайну и оптимизации процесса подготовки может быть разработан новый тип материала для термоинтерфейса, который отвечает потребностям высокопроизводительного электронного оборудования в отводе тепла и обладает преимуществами легкого веса, что имеет большое значение для содействия развитию смежных областей.

Подробнее о настольном СЭМ ZEM18