Eine hybride Membran zur Wärmeverwaltung mit sowohl hoher Wärmeleitfähigkeit als auch elektrischer Isolation

Zusammenfassung Die erhöhte Wärmeabgabe von mikroelektronischen Geräten erfordert effiziente Materialien zur Wärmeverwaltung, um Überhitzung zu verhindern. Die gleichzeitige Erreichung hoher Wärmeleitfähigkeit und außergewöhnlicher elektrischer Isolation in polymerbasierten Verbundwerkstoffen bleibt jedoch eine erhebliche Herausforderung. Hier wird eine flexible und skalierbare Aramid-Nanofasern/erweitertes Graphit (ANF/EG) Hybridmembran demonstriert, die hohe Wärmeleitfähigkeit mit ausgezeichneter elektrischer Isolation durch eine Strategie der ANF-unterstützten Exfoliation und Dispersion von EG integriert. Unter Ultraschallbehandlung wird EG exfoliert und anschließend durch starke Grenzflächenwechselwirkungen von ANFs umwickelt. Dieser Prozess führt zur Bildung einer gut geordneten, lamellaren Struktur, die aus nanofaserumwickelten EG-Nanoschichten besteht. Aufgrund der besonderen Mikrostruktur, in der die ANFs den Elektronentransport zwischen den EG-Nanoschichten blockieren, behält die Hybridmembran eine außergewöhnliche elektrische Isolation (4,70 × 10^9 Ω·cm) selbst bei einem EG-Gehalt von bis zu 50 Gew.% bei. Darüber hinaus verleiht der hohe EG-Gehalt in Verbindung mit gut entwickelten wärmeleitenden Wegen (ANFs dienen als „Brücke“, um benachbarte EGs zu verbinden) der Membran eine ultrahohe in-plane Wärmeleitfähigkeit (40,59 W/(m·K)). Die KüExperimente mit Mikroelektronik zeigen, dass die ANF/EG-Membran die CPU-Temperatur um 23 °C signifikant senken kann, was kommerzielle Silikongrease um 8 °C übertrifft und auf eine intensive Wärmeabfuhrleistung hinweist. Diese Arbeit eröffnet einen neuartigen Ansatz zur Gestaltung von hochmodernen Materialien zur Wärmeverwaltung mit hoher Wärmeleitfähigkeit und elektrischer Isolation, was die Modernisierung und Iteration elektronischer Geräte potenziell erleichtern könnte.