为什么聚离子液体是很有前景的热界面材料基质?

2024-10-23 16:42:33 sh默尼 6

离子液体(PILs)是一类由离子液体单体聚合而成的高分子化合物,与传统聚合物相比,其阴阳离子结合引入的多种相互作用力除增加界面粘附强度外,还能有效促进聚离子液体与导热材料之间的连接。PIL粘弹性体继承了聚离子液体的热稳定性、可再加工性和机械灵活性等优良性质,是很有前途的聚合物材料。然而,将PIL粘弹性体用作TIMs基质的研究仍较少。

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基于此,来自中国科学院深圳先进技术研究院么依民孙蓉华南理工大学李烈军及他们的团队制备了聚(1-丁基-3-乙烯基咪唑)四氟硼酸盐(P[Im4, V]BF4)粘弹性体,并评价了其作为TIMs基质的潜力。

  首先,研究人员制备了P[Im4, V]BF4并对其结构进行表征。如图1所示,在1H NMRFTIR谱图中可以观察到相应官能团的特征吸收峰,证明了P[Im4, V]BF4的成功制备。热重分析结果表明P[Im4, V]BF4具有良好的热稳定性(在空气和N2条件下,P[Im4, V]BF4的分解温度分别为277.3 °C281.1 °C),有望用作TIMs基质。

  然后,研究人员对P[Im4, V]BF4的溶解性进行了测试(图2)并制备了P[Im4, V]BF4粘弹性体。结果显示,P[Im4, V]BF4不溶于纯水、乙醇和甲苯,但易溶于DMF等溶剂,这一特性有利于在不同溶剂环境中对其进行弹性粘附应用。随后,研究人员通过以下步骤制备了P[Im4, V]BF4粘弹性体:(1) P[Im4, V]BF4粉末溶于DMF中得到均一的溶液;(2)干燥。制备所得弹性体具有良好的界面适应性,可快速粘附到铜(Cu)、硅(Si)、玻璃等基材上。此外,该弹性体还具有良好的再加工性和自愈性。经DMF分散、蒸发后,可实现粘弹性体的再生。后续实验结果显示,加热至100 °C可实现粘弹性体的自修复,且愈合后的材料仍保持良好的拉伸性能。

最后,为考察P[Im4, V]BF4粘弹性体作为TIMs基质的潜力,研究人员将PIL和液态金属(Liquid Metal, LM)通过物理混合制备了PIL/LM复合材料(LM体积分数为46%)。如图5所示,尽管复合材料的断裂伸长率有所下降,但仍能保持在351%左右。此外,温度循环测试结果显示,PIL/LM TIM1000次循环加热/冷却后仍具有优秀的抗热冲击性能,这有利于其在长期使用过程中维持器件稳定的散热功能。

  综上所述,该研究制备的PIL粘弹性体具有优异的机械性能、高界面粘附强度和显著的自修复能力,具有用作TIMs基质的巨大潜力。该研究为高性能TIMs的设计与制备提供了思路。


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