近日，我院师生在国际知名期刊Ceramics International（SCI一区Top,IF=5.532）上在线发表了题为“Flexible cellulose composite film incorporated by carbonnitride@graphene oxide prepared by a “compressed-aerogel” approach forefficient thermal management”的研究论文，该论文是以上海第二工业大学硕士研究生刘毅丞为第一作者，能源与材料学院李一凡博士和于伟教授通力指导的结果。
图文简介
5G技术的快速发展需要对大数据进行高性能计算，高性能计算会产生高功耗和高热通量，这对电子设备的有效散热有着更高的要求。在现有的市场上石墨烯散热膜最为常见，虽然石墨烯导热能力出色，但是价格相对也比较昂贵。因此我们需要发明一种成本低廉，散热能力可以达标的一种产品。在满足上述条件之后，我们还考虑到环保问题，应该选择绿色环保的基材，这样整个产品就可以达到可降解、可回收的目的。
电子器件的热管理可以在两个方面得到改进：一、散热系统的优化，二、高性能材料的设计。其中系统优化主要集中在结构、几何参数和风道或流道设计这几个方面，通常来说系统优化是十分复杂的。相比之下，材料设计更简单易行，并可以在更多方面做改进。基于上述考虑，我们选择从材料设计方面着手，聚合物材料是一种潜在的候选材料，但是其本身具有较低的本征导热系数，因此我们将高导热填料加入聚合物基体从而提高整体的热导率。此外，复合材料的性能与加工工艺密切相关。因此选择合适的聚合物、填料和制备策略对于制备高性能聚合物基热管理材料至关重要。所以我们设计了一个方案——制备一种绿色，高导热，电绝缘的热界面材料应用于电子分装方面。
本文通过合成了一种由氮化碳（C3N4）和氧化石墨烯（GO）组成的新型混合填料，并将其进一步引入纤维素基质中。其中C3N4和氧化石墨烯之间的桥接化学键降低了界面热阻从而促进了传热。
图1.CPAF的制备工艺原理图
图2.CPAF的微观形貌表征
图3.CPAF的微观结构表征
图4.CPAF的力学性能和电绝缘性表征
图5.CPAF的热物性测试
图6.CPAF的散热性能测试及模拟
小结
作者认为，这项工作在开发具有高导热，电绝缘，低成本这方面是一项新颖的工作。从理论上讲，这项工作不仅关注于提高纤维素基复合材料的导热性，而且关注于纤维素基复合材料的界面传热。实验表明，所研制的复合材料在电子器件热管理中具有较强的应用潜力。
（1） 制备了C3N4@GO混合化填料，保证了高导热系数和低界面热阻。
（2） 实际LED照明的热管理和手机散热试验表明，该复合材料具有良好的散热能力。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.01.131