基于取向性石墨烯骨架结构的热界面材料传热性能研究
发布时间：2021-12-23 18:26
随着现代电子设备的小型化和多功能化,电子芯片单位面积的功率密度迅速增加(高达200 W·cm-2),运行过程中产生的大量热量若不能及时传递出去将导致芯片出现热故障。因此,有效的散热已成为决定微电子器件能否长期有效可靠的工作以及能否进一步集成化的最重要因素之一。热界面材料（TIM）通常由聚合物基体和导热填料组成,用于填充散热器和电子设备之间的微小间隙。通过快速的将电子设备产生的热量传递到散热器来实现对集成电路的有效热管理。但是,目前常见的TIM的热导率仍然处在较低的范围内,无法满足下一代微电子器件的热管理要求。石墨烯是一种2维蜂窝结构的碳材料,具有极高的理论热导率和出色的化学性能和物理性能。本论文通过借鉴自然界的树木枝叶结构提出了一种径向排列的带翅片的石墨烯骨架（RG-Fin）结构,其具有高效且各向同性的热传输能力。通过径向冷冻方法制备的具有径向排列结构的石墨烯骨架（RG）是热量各向同性传导的主要通道。利用等离子体化学气相沉积方法在RG骨架表面垂直生长的翅片状石墨烯纳米片（Fin）不但本身具有非常高的热导率,同时还为RG骨架增加了表面粗糙度和界面结合能力,提升了骨架...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
英特尔处理器中的晶体管数量与摩尔定律[2]
浙江大学硕士学位论文绪论6图1.2TIM功能示意图[14]热导率，又称导热系数，是反应材料热传导能力强弱的重要指标，也是热界面材料中最重要的物理特征之一。傅立叶定律定义热导率为单位导热面在单位时间内单位温度梯度方向上所通过的热量[19]:=1.2其中Q代表热量；t代表时间；T代表温度；x代表距离。同时还可以根据物质的比热容C、热扩散系数和物质的密度来计算热导率[20]：=1.3目前实验中主要根据式（1.3）来计算复合材料的热导率，通过测量复合材料的比热容C，热扩散系数和材料整体的密度来计算材料整体的热导率。目前实验中测量热扩散系数最常用的方法为激光闪射法。激光闪射法由于其所具有的大量优点被国内外研究者广泛应用于测量金属、薄膜和复合材料等特殊材料的热扩散系数。激光闪射法具有多套不同尺寸的测量模具，可以测量不同形状和不同规格的样品。同时，激光闪射法还有多种计算理论可以适用于涂层样品的热扩散系数计算。另外，激光闪射法测量的热导率精准度高，能有效的测量绝热材料（约0.01Wm-1K-1）和高导热材料的热扩散系数（约3000Wm-1K-1）。它能测量单个样品在不同温度下的热导率变化情况，这为研究热导率与温度的关系提供了一种便捷的研究方法。
浙江大学硕士学位论文绪论8图1.3（a）传统TIM结构示意图和（b）热流示意图传统TIM中常见的导热PLP种类以及达到的热导率如下表1.1所示。传统TIM的填料填充比大多大于10%，且热导率大多处在1-3Wm-1K-1的范围内。 表1.1传统TIM的导热系数对比图[18,22,24-26]填料名称聚合物名称填充比热导率（Wm-1K-1）Niepoxy30%1.33AlNepoxy60%4AgNWsepoxy1.1%1.563DSGepoxy11%2.63SiCNWepoxy2.17%1.671.4.3新型热界面材料2维纳米材料，特别是石墨烯，由于其固有的高导热性和良好的机械性能被广泛认为是未来TIM的理想选择。石墨烯中每个碳原子的配位数是3，其中除了以σ键和其他碳原子形成六角环的蜂窝状结构以外，每个碳原子垂直于平面的p轨道还可以形成贯穿全层的多原子大π键。这种独特的物理结构使石墨烯具有优良的导热性能。石墨烯独特的共轭分子表面结构可以为声子传输提供理想的二维路径，其在室温下具有2000到5300Wm-1K-1的导热率[27-29]。石墨烯还具有稳定的物理化
【参考文献】：
期刊论文
[1]X86中央处理器安全问题综述[J]. 魏强,李锡星,武泽慧,曹琰. 通信学报. 2018(S2)
[2]功率半导体器件热管理[J]. 施嘉昊. 电子世界. 2018(07)
[3]利用有限元分析软件指导连接器端子设计[J]. 彭强,方庆文. 机电元件. 2014(01)
[4]差式扫描量热法测定轮胎复合材料的比热容[J]. 何燕,马连湘,于光水. 橡胶工业. 2005(10)
[5]人体解剖教室通风与空调设计探讨[J]. 郑万兵. 建筑热能通风空调. 2002(02)
硕士论文
[1]单相功率MOS模块热可靠性设计[D]. 王宁.东南大学 2017
[2]定向冷冻铸造工艺制备层状SiC多孔陶瓷的研究[D]. 刘长志.兰州理工大学 2017
[3]自然对流条件下一种新型结构散热器的散热研究[D]. 刘彦穹.上海交通大学 2015
[4]不同高分子聚合物对无定形态固体分散体稳定性的影响[D]. 孟庆华.浙江大学 2015
[5]基于FEM的功率IGBT模块功率循环可靠性研究[D]. 张雪垠.上海交通大学 2014
[6]功率分立器件封装热阻与热可靠性试验数值模拟研究[D]. 杨凯龙.上海交通大学 2014
[7]表面修饰Al2O3/环氧树脂复合材料界面和导热性能的研究[D]. 赵维维.南京航空航天大学 2013
[8]弹性体热界面材料的制备及其结构性能研究[D]. 何强.北京化工大学 2009
[9]基于FDS模拟温度场作用下钢框架性能化抗火研究[D]. 张永恒.武汉理工大学 2007
[10]复合夹层板结构的声辐射特性及降噪优化[D]. 龚静.武汉理工大学 2007
本文编号：3548967
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
英特尔处理器中的晶体管数量与摩尔定律[2]
浙江大学硕士学位论文绪论6图1.2TIM功能示意图[14]热导率，又称导热系数，是反应材料热传导能力强弱的重要指标，也是热界面材料中最重要的物理特征之一。傅立叶定律定义热导率为单位导热面在单位时间内单位温度梯度方向上所通过的热量[19]:=1.2其中Q代表热量；t代表时间；T代表温度；x代表距离。同时还可以根据物质的比热容C、热扩散系数和物质的密度来计算热导率[20]：=1.3目前实验中主要根据式（1.3）来计算复合材料的热导率，通过测量复合材料的比热容C，热扩散系数和材料整体的密度来计算材料整体的热导率。目前实验中测量热扩散系数最常用的方法为激光闪射法。激光闪射法由于其所具有的大量优点被国内外研究者广泛应用于测量金属、薄膜和复合材料等特殊材料的热扩散系数。激光闪射法具有多套不同尺寸的测量模具，可以测量不同形状和不同规格的样品。同时，激光闪射法还有多种计算理论可以适用于涂层样品的热扩散系数计算。另外，激光闪射法测量的热导率精准度高，能有效的测量绝热材料（约0.01Wm-1K-1）和高导热材料的热扩散系数（约3000Wm-1K-1）。它能测量单个样品在不同温度下的热导率变化情况，这为研究热导率与温度的关系提供了一种便捷的研究方法。
浙江大学硕士学位论文绪论8图1.3（a）传统TIM结构示意图和（b）热流示意图传统TIM中常见的导热PLP种类以及达到的热导率如下表1.1所示。传统TIM的填料填充比大多大于10%，且热导率大多处在1-3Wm-1K-1的范围内。 表1.1传统TIM的导热系数对比图[18,22,24-26]填料名称聚合物名称填充比热导率（Wm-1K-1）Niepoxy30%1.33AlNepoxy60%4AgNWsepoxy1.1%1.563DSGepoxy11%2.63SiCNWepoxy2.17%1.671.4.3新型热界面材料2维纳米材料，特别是石墨烯，由于其固有的高导热性和良好的机械性能被广泛认为是未来TIM的理想选择。石墨烯中每个碳原子的配位数是3，其中除了以σ键和其他碳原子形成六角环的蜂窝状结构以外，每个碳原子垂直于平面的p轨道还可以形成贯穿全层的多原子大π键。这种独特的物理结构使石墨烯具有优良的导热性能。石墨烯独特的共轭分子表面结构可以为声子传输提供理想的二维路径，其在室温下具有2000到5300Wm-1K-1的导热率[27-29]。石墨烯还具有稳定的物理化
【参考文献】：
期刊论文
[1]X86中央处理器安全问题综述[J]. 魏强,李锡星,武泽慧,曹琰. 通信学报. 2018(S2)
[2]功率半导体器件热管理[J]. 施嘉昊. 电子世界. 2018(07)
[3]利用有限元分析软件指导连接器端子设计[J]. 彭强,方庆文. 机电元件. 2014(01)
[4]差式扫描量热法测定轮胎复合材料的比热容[J]. 何燕,马连湘,于光水. 橡胶工业. 2005(10)
[5]人体解剖教室通风与空调设计探讨[J]. 郑万兵. 建筑热能通风空调. 2002(02)
硕士论文
[1]单相功率MOS模块热可靠性设计[D]. 王宁.东南大学 2017
[2]定向冷冻铸造工艺制备层状SiC多孔陶瓷的研究[D]. 刘长志.兰州理工大学 2017
[3]自然对流条件下一种新型结构散热器的散热研究[D]. 刘彦穹.上海交通大学 2015
[4]不同高分子聚合物对无定形态固体分散体稳定性的影响[D]. 孟庆华.浙江大学 2015
[5]基于FEM的功率IGBT模块功率循环可靠性研究[D]. 张雪垠.上海交通大学 2014
[6]功率分立器件封装热阻与热可靠性试验数值模拟研究[D]. 杨凯龙.上海交通大学 2014
[7]表面修饰Al2O3/环氧树脂复合材料界面和导热性能的研究[D]. 赵维维.南京航空航天大学 2013
[8]弹性体热界面材料的制备及其结构性能研究[D]. 何强.北京化工大学 2009
[9]基于FDS模拟温度场作用下钢框架性能化抗火研究[D]. 张永恒.武汉理工大学 2007
[10]复合夹层板结构的声辐射特性及降噪优化[D]. 龚静.武汉理工大学 2007
本文编号：3548967
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