Fig. 1. Schema di PVA/fBN con diversi accoppiamenti SCA. Credito:CHENG Hua
Un gruppo di ricerca dell'Istituto di fisica dello stato solido, Hefei Institutes of Physical Science ha condotto uno studio sulla conduttività termica dei compositi. Hanno scoperto che la conduttività termica (TC) del film composito di poli(vinil alcol)/nitruro di boro potrebbe essere regolata a livello molecolare mediante accoppiamento covalente.
Il miglioramento della TC dei compositi per imballaggi a base di polimeri è di grande importanza per la gestione termica dell'elettronica. L'interfaccia tra riempitivi e matrice polimerica è il collo di bottiglia del trasferimento di calore nel materiale composito.
Il legame covalente offre legami permanenti tra riempitivi e polimeri, vincolando efficacemente la corrispondente dispersione dei fononi, diminuendo così la resistenza termica dell'interfaccia. Però, le molecole introdotte avvolte intorno alle cariche possono eventualmente fungere da barriere termiche. Così, è importante chiarire l'effetto degli agenti di accoppiamento silanico (SCA) sul TC del composito.
Per affrontare il problema, il team ha studiato sistematicamente l'effetto di tre tipi di SCA sulla TC di poli(vinil alcol)/nitruro di boro funzionalizzato (PVA/fBN).
I risultati hanno mostrato che le molecole di SCA con catena laterale corta, cioè trietossisilano di vinile e ortosilicato di tetraetile, aumentato il TC del polimero composito, con valore massimo di 1.636 W/m·K, che era il 337,3% di quello di PVA/fBN.
Fig. 2. (a) TC dei compositi con diversi SCA e vari carichi di SCA, (b) funzione di distribuzione radiale (RDF) del sistema equilibrato PVA-SCAs-fBN. Credito:CHENG Hua
Fig. 3. (a) Evoluzione della temperatura con il tempo trascorso e (b) immagini termiche a infrarossi dei compositi con caricamento di SCA di 0.007mol, (c) configurazione della misurazione della temperatura del LED e (d) evoluzione della temperatura di lavoro della lampada a LED con substrato di film composito (mostrato nell'inserto) di 0,007 mol di carico di SCA. Credito:CHENG Hua
In contrasto, Il 3-glicidossipropiltrimetossi silano con catena laterale lunga ha ridotto il TC al 54,4% di quello di PVA/fBN.
Integrato con simulazioni atomistiche, si può concludere che il numero di Si-O-R idrolizzabili delle molecole di SCA influenza il TC del composito PVA-fBN attraverso il controllo del grado di autocondensazione delle SCA. La lunga catena laterale delle SCA aumenta il disordine della struttura molecolare vicinale, limitando il trasferimento fononico.
La relazione intrinseca rivelata tra la TC del composito e la struttura molecolare delle SCA fornirebbe una nuova prospettiva per comprendere la TC regolata dal legame covalente del sistema polimero/riempitivo.
Questo studio guiderà la progettazione del materiale per la gestione termica a livello molecolare, sostenere ulteriormente lo sviluppo dell'elettronica avanzata.
