方形鋰離子電池的新型電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)

01

背景介紹

全球變暖問(wèn)題越來(lái)越引起政府、公司和其他各組織的關(guān)注，發(fā)展清潔和可持續(xù)的替代能源已成為一個(gè)十分重要的話題。使用電動(dòng)汽車(chē)代替內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)有望成為實(shí)現(xiàn)降低溫室氣體排放量目標(biāo)的一個(gè)很有前景的解決方案。然而，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)性能的擔(dān)憂影響著消費(fèi)者們的選購(gòu)偏好，這也促使電動(dòng)汽車(chē)制造商不斷提高其電池組的能量密度。從2008年到2020年，一個(gè)典型的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池組的平均能量密度從55 Wh/L增加到450 Wh/L，這是通過(guò)在電池組中安裝更多的電池來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這導(dǎo)致總產(chǎn)熱速率急劇上升。此外，阻礙電動(dòng)汽車(chē)廣泛使用的另一障礙是充電所需時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。因此，快充（FC），即通常被定義為一個(gè)電荷率（C-充電率）高于1C的充電過(guò)程，已被用于新一代電動(dòng)汽車(chē)，與此同時(shí)，鋰離子電池也會(huì)產(chǎn)生更大的熱量，溫度會(huì)顯著影響電動(dòng)汽車(chē) (EV) 中鋰離子電池組的能效、安全性、壽命和性能。電池在快速充電（FC）中整體溫度高、溫差大，會(huì)導(dǎo)致性能下降，甚至出現(xiàn)熱失控等災(zāi)難性故障。此外，電池組能量密度的增加限制了熱管理系統(tǒng)的空間，這些因素對(duì)新一代BTMS提出了更高的要求。

02

成果掠影

近期，香港科技大學(xué)邱惠和教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種基于超薄熱接地平面的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)(UTTGP-BTMS)，采用0.4mm厚的新型UTTGP風(fēng)冷散熱，將電池間隙的熱量散發(fā)出來(lái)，采用雙層高每英寸孔隙率 (PPI) 網(wǎng)格和潤(rùn)濕性改性來(lái)提高 UTTGP 的熱性能。在BTMS評(píng)估測(cè)試之前，電池在2.2C至4C快充條件下的發(fā)熱率通過(guò)Bernardi模型進(jìn)行估算，然后，在 10°C 至 50°C 的環(huán)境溫度和 2.2C 至 4C的 快充條件下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究新型電池?zé)峁芾硐到y(tǒng) (BTMS) 的熱性能。BTMS能夠?qū)?C 充電率下55Ah磷酸鐵鋰電池的表面溫度維持在 42.7 °C以下，并且表現(xiàn)出良好的表面溫度均勻性。與采用銅散熱器的 BTMS 相比，熱阻大幅降低，同時(shí)，較高的孔密度在高C速率下也表現(xiàn)出更好的性能，該研究為電動(dòng)汽車(chē)高功率電池?zé)峁芾硖峁┝诵碌慕鉀Q思路。相關(guān)研究成果以“A novel battery thermal management system utilizing ultrathin thermal ground planes for prismatic Lithium-ion batteries”為題發(fā)表于《Applied Thermal Engineering》。

03圖文導(dǎo)讀圖1 UTTGP的原理圖。(a)a UTTGP的橫截面示意圖，(b)a100mm×100 mm UTTGP的爆炸視圖。圖2 掃描電子顯微鏡（SEM）照片，放大倍數(shù)(a)95×，(b)1200×，(c)15000×。圖3 (a)在UTTGP-BTMS中使用的單個(gè)棱柱狀LFP照片。(b)UTTGP-BTMS的組裝。(c)UTTGP-BTMS的爆炸圖。(d)UTTGP-BTMS的開(kāi)發(fā)組件照片。(e)恒溫腔室照片。(f)電池測(cè)試系統(tǒng)照片。圖4 實(shí)驗(yàn)裝置的原理圖。圖5 (a)蒸發(fā)器溫度不同填充比、熱阻(b)、35℃環(huán)境溫度下(c)電池放電充電循環(huán)試驗(yàn)下的比較。圖6 #500 UTTGP-BTMS在2.2C充電下的熱性能：(a)電池表面溫度，(b)UTTGP-BTMS熱阻，(c)電池表面溫度不均勻率，(d)電池表面溫度的總體標(biāo)準(zhǔn)差。圖7 UTTGP-BTMS與裸銅板BTMS的熱性能比較。圖8 #500和#450 UTTGP-BTMS在不同環(huán)境溫度下的溫度不均勻率的比較：(a) 40℃，(b)35℃，(c)30℃，(d)25℃，(e) 20℃。

導(dǎo)讀：儲(chǔ)能被稱為解決發(fā)電側(cè)與用電側(cè)供需不平衡的一種“靈活的電站”。在全球“碳中和”背景下，新型可再生能源受到青睞，風(fēng)、光裝機(jī)量不斷提升，目前儲(chǔ)能在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)均有應(yīng)用，中美歐為主要市場(chǎng)，預(yù)計(jì)2025年全球儲(chǔ)能裝機(jī)量規(guī)?；蜻_(dá)362GWh，全球儲(chǔ)能市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)4336億元。儲(chǔ)能熱管理是保證儲(chǔ)能系統(tǒng)持續(xù)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。因電池?zé)崽匦?，熱管理成為電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵一環(huán)。從產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值量拆分來(lái)看，儲(chǔ)能系統(tǒng)中電池成本占比約55%，PCS占比約20%，BMS和EMS合計(jì)占比約11%，熱管理約占2%-4%。熱管理價(jià)值量占比相對(duì)較低，但卻起著至關(guān)重要的作用。

熱管理是保證儲(chǔ)能系統(tǒng)持續(xù)安全運(yùn)行的關(guān)鍵

電站事故頻發(fā)，鋰電池?zé)崾Э厥且l(fā)儲(chǔ)能系統(tǒng)安全事故的主要原因之一。在鋰電池充放電的過(guò)程中，一部分化學(xué)能或電能轉(zhuǎn)化成熱能，如儲(chǔ)能系統(tǒng)散熱不佳，可能致熱失控，造成電池短路、鼓包、出現(xiàn)明火，最終引發(fā)火災(zāi)、爆炸等安全事故。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)不完全統(tǒng)計(jì)，2022年至今，全球就已經(jīng)發(fā)生了17起以上的儲(chǔ)能著火事故。

圖：鋰離子電池?zé)崾Э剡^(guò)程

儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)熱大，散熱空間有限，自然通風(fēng)下難以實(shí)現(xiàn)溫度控制，易損害電池的壽命和安全。與動(dòng)力電池系統(tǒng)相比，儲(chǔ)能系統(tǒng)電池的功率更大，數(shù)量更多，產(chǎn)熱更多，而電池排列緊密又導(dǎo)致散熱空間有限，熱量難以快速、均勻地散發(fā)，易引起電池組之間的熱量聚集、運(yùn)行溫差過(guò)大等現(xiàn)象，最終損害電池的壽命和安全。鋰電池放電倍率與產(chǎn)熱正相關(guān)，儲(chǔ)能系統(tǒng)大容量發(fā)展趨勢(shì)下，熱管理系統(tǒng)配備需求不斷增強(qiáng)。儲(chǔ)能系統(tǒng)主動(dòng)參與調(diào)峰調(diào)頻，高倍率高容量的發(fā)展趨勢(shì)下產(chǎn)熱顯著增加，熱管理系統(tǒng)的重要性不斷增強(qiáng)。熱管理是保證儲(chǔ)能系統(tǒng)持續(xù)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。理想情況下的熱管理設(shè)計(jì)可以將儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部的溫度控制在鋰電池運(yùn)行的最佳溫度區(qū)間（10-35°C），并保證電池組內(nèi)部的溫度均一性，從而降低電池壽命衰減或熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。

圖：大規(guī)模鋰電池儲(chǔ)能集成系統(tǒng)（BESS）

電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈中熱管理價(jià)值量約占儲(chǔ)能系統(tǒng)2-3%

熱管理處于電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈的中游。上游包括鋰電池材料和電子元器件；中游為儲(chǔ)能系統(tǒng)集成，包括電芯、電力設(shè)備集成(PCS+EMS+BMS)、熱管理、消防系統(tǒng)等；下游包括渠道商和用戶端。下游客戶集中度較高，熱管理貨值相對(duì)較低，易形成上下游綁定關(guān)系。熱管理價(jià)值量占比相對(duì)較低，我們認(rèn)為下游廠商更看重?zé)峁芾矸桨傅姆€(wěn)定性及安全性，價(jià)格敏感程度相對(duì)較低，且易于與方案提供商形成綁定關(guān)系，更換供應(yīng)商的頻率更低，賽道龍頭更容易享受行業(yè)擴(kuò)容紅利。

圖：電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈拆分

技術(shù)路線：以風(fēng)冷和液冷為主，熱管、相變冷卻在研

目前儲(chǔ)能熱管理的主流技術(shù)路線是風(fēng)冷和液冷。儲(chǔ)能熱管理技術(shù)路線主要分為風(fēng)冷、液冷、熱管冷卻、相變冷卻，其中熱管和相變冷卻技術(shù)尚未成熟。風(fēng)冷：通過(guò)氣體對(duì)流降低電池溫度。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易維護(hù)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但散熱效率、散熱速度和均溫性較差。適用于產(chǎn)熱率較低的場(chǎng)合。液冷：通過(guò)液體對(duì)流降低電池溫度。散熱效率、散熱速度和均溫性好，但成本較高，且有冷液泄露風(fēng)險(xiǎn)。適用于電池包能量密度高，充放電速度快，環(huán)境溫度變化大的場(chǎng)合。熱管&相變：分別通過(guò)介質(zhì)在熱管中的蒸發(fā)吸熱和材料的相態(tài)轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)電池的散熱。電池散熱技術(shù)，也叫熱管理冷卻技術(shù)，實(shí)質(zhì)是通過(guò)冷卻媒介把電池內(nèi)部的熱量傳遞到外界環(huán)境中，從而降低電池內(nèi)部溫度的熱交換過(guò)程。目前大規(guī)模應(yīng)用在動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池，尤其是集裝箱式儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)。鋰電池在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，如同化學(xué)反應(yīng)催化器，對(duì)溫度十分敏感。因此散熱的目的是為電池提供一個(gè)舒適的工作溫度。當(dāng)鋰電池溫度過(guò)高時(shí)，電池內(nèi)部會(huì)發(fā)生固態(tài)電解質(zhì)界面膜（SEI膜）分解等一系列副反應(yīng)，極大地影響電池壽命。而鋰電池溫度過(guò)低時(shí)，電池性能會(huì)更快老化并存在析鋰風(fēng)險(xiǎn)，放電能力迅速降低，在寒冷地區(qū)的使用也受到限制。且模組中單電芯間的溫差也是不容忽略的因素。溫差超出一定范圍時(shí)會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部充放電不均衡，導(dǎo)致容量偏差。溫差也會(huì)導(dǎo)致靠近負(fù)載點(diǎn)的電芯產(chǎn)熱速率增大，導(dǎo)致電池故障。目前較成熟的散熱系統(tǒng)根據(jù)傳熱介質(zhì)分別為風(fēng)冷、液冷、相變材料冷卻。圖：儲(chǔ)能熱管理各技術(shù)路線對(duì)比

從熱管理技術(shù)路線來(lái)看，風(fēng)冷和液冷已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，目前風(fēng)冷方案為主流，但液冷有望憑借高效、占地小、精準(zhǔn)控溫等優(yōu)勢(shì)貢獻(xiàn)未來(lái)主要增量。根據(jù)測(cè)算，2025年全球儲(chǔ)能新增裝機(jī)量將達(dá)到362GWh，全球儲(chǔ)能熱管理市場(chǎng)規(guī)模2025年有望達(dá)141億元。儲(chǔ)能熱管理賽道尚處發(fā)展初期，格局未定。

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為在未來(lái)大功率充放電場(chǎng)景或復(fù)雜工況下風(fēng)冷技術(shù)方案恐難解決電芯散熱問(wèn)題，液冷技術(shù)是行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。一方面，液冷不需要預(yù)留散熱通道將大幅節(jié)約大型儲(chǔ)能項(xiàng)目的占地面積；另一方面風(fēng)冷系統(tǒng)通過(guò)冷卻空氣間接冷卻電芯整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)將產(chǎn)生很大的自耗電而液冷產(chǎn)品則能降低這部分額外的運(yùn)行成本。根據(jù)BNEF的預(yù)測(cè)全球儲(chǔ)能市場(chǎng)將在未來(lái)十年實(shí)現(xiàn)高速增長(zhǎng)基于功率容量規(guī)模到2030年將是2020年的20倍。基于能量容量規(guī)模在儲(chǔ)能市場(chǎng)即將蓬勃發(fā)展的背景下，隨著未來(lái)儲(chǔ)能電站帶電量持續(xù)增加，液冷方案憑借制冷效率高能耗低等優(yōu)勢(shì)占比將快速提升成為儲(chǔ)能市場(chǎng)的主流。

TIM熱管理材料分類(lèi)の紹介

一

概述

熱管理，包括熱的傳導(dǎo)、分散、存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換，正在成為一門(mén)新興的橫跨物理、電子和材料等的交叉學(xué)科，在電子、電池、汽車(chē)等行業(yè)都有特定的概念和含義，其中的熱管理材料發(fā)揮了舉足輕重的作用，與其它控制單元協(xié)同運(yùn)作保證了工作系統(tǒng)正常運(yùn)行在適當(dāng)?shù)臏囟取?/span>

伴隨著5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0、國(guó)家重大戰(zhàn)略需求等領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，電子器件功率密度持續(xù)攀高，更急需高效的熱管理材料和方案來(lái)保證產(chǎn)品的效率、可靠性、安全性、耐用性和持續(xù)穩(wěn)定性。熱管理材料是熱管理系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而成分、結(jié)構(gòu)及加工工藝對(duì)熱管理材料的核心技術(shù)指標(biāo)熱傳導(dǎo)率有重大影響。

圖1 電子設(shè)備熱管理系統(tǒng)

二

TIM熱管理材料

2-1 熱界面材料（Thermal Interface Material, TIM）

選擇理想的熱界面材料需要關(guān)注如下因素：

1）熱導(dǎo)率：熱界面材料的體熱導(dǎo)率決定了它在界面間傳遞熱量的能力，減少熱界面材料本身的熱阻；

2）熱阻：理想情況下應(yīng)盡可能低，以保持設(shè)備低于其工作溫度；

3）導(dǎo)電性：通常是基于聚合物或聚合物填充的不導(dǎo)電材料；

4）相變溫度：固體向液體轉(zhuǎn)變，界面材料填充空隙，保證所有空氣被排出的溫度；

5）粘度：相變溫度以上的相變材料粘度應(yīng)足夠高，以防止在垂直方向放置時(shí)界面材料流動(dòng)滴漏；

6）工作溫度范圍：必須適應(yīng)應(yīng)用環(huán)境；

7）壓力：夾緊產(chǎn)生的安裝壓力可以顯著改善TIM的性能，使其與表面的一致性達(dá)到最小的接觸電阻；

8）排氣：當(dāng)材料暴露在高溫和/或低氣壓下時(shí)，這種現(xiàn)象是揮發(fā)性氣體的釋放壓力；

9）表面光潔度：填充顆粒影響著界面的壓實(shí)和潤(rùn)濕程度，需要更好地填補(bǔ)了不規(guī)則表面的大空隙；

10）易于應(yīng)用：容易控制材料應(yīng)用的量；

11）材料的機(jī)械性能：處于膏狀或液態(tài)易于分配和打??；

12）長(zhǎng)期的穩(wěn)定性和可靠性：需要在設(shè)備的整個(gè)壽命周期內(nèi)始終如一地執(zhí)行（如微處理器7-10年，航空電子設(shè)備和電信設(shè)備的壽命預(yù)計(jì)為數(shù)十年）；13）成本：針對(duì)不同應(yīng)用，在性能、成本和可制造性等因素進(jìn)行綜合權(quán)衡。

2-1-1 熱油脂（Thermal Greases）

通常由兩種主要成分組成，即聚合物基和陶瓷或金屬填料。硅樹(shù)脂因其良好的熱穩(wěn)定性、潤(rùn)濕性和低彈性模量而被廣泛應(yīng)用，陶瓷填料主要使用如氧化鋁、氮化鋁、氧化鋅、二氧化硅和鈹?shù)难趸锏?，常用的金屬填料如銀和鋁。將基礎(chǔ)材料和填料混合成可用于配合表面的糊狀物，當(dāng)應(yīng)用在“粗糙”的表面被壓在一起時(shí)，油脂會(huì)流進(jìn)所有的空隙中以去除間隙空氣。2-1-2 相變材料（Phase Change Materials, PCM）PCM傳統(tǒng)上是低溫?zé)崴苄阅z黏劑，通常在50-80°C范圍內(nèi)熔化，并具有多種配置，以增強(qiáng)其導(dǎo)熱性；基于低熔點(diǎn)合金和形狀記憶合金的全金屬相變材料已經(jīng)有研究發(fā)展。相變材料通常設(shè)計(jì)為熔點(diǎn)低于電子元件的最高工作溫度。熱墊（Thermal Pads）熱墊的關(guān)鍵是它們改變物理特性的能力。在室溫下，它們是堅(jiān)固的，容易處理，當(dāng)電子元件達(dá)到其工作溫度時(shí)，相變材料變軟，隨著夾緊壓力，它最終開(kāi)始像油脂一樣流入接頭的空隙中，該材料填補(bǔ)了空氣間隙和空隙，改善了組件和散熱器之間的熱流。相比于油脂材料熱墊不受泵出效應(yīng)和干問(wèn)題困擾。低熔點(diǎn)合金（Low Melting Alloys, LMAs）基于低熔點(diǎn)合金（或稱為液態(tài)金屬）的相變熱界面材料，需要在低于電子元件工作溫度的液態(tài)狀態(tài)下才能流入所有的表面邊緣。低熔點(diǎn)合金具有優(yōu)異的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性，而且性質(zhì)穩(wěn)定、常溫下不與水反應(yīng)，不易揮發(fā)、安全無(wú)毒。通過(guò)不同的配方可實(shí)現(xiàn)不同熔點(diǎn)、不同粘度、不同熱導(dǎo)率/電導(dǎo)率，以及不同物理形態(tài)的液態(tài)金屬材料。鉍、銦、鎵和錫基合金（如鎵鋁合金、鎵鉍合金、鎵錫合金、鎵銦合金）是最常用的合金，通常不使用有毒性和環(huán)境問(wèn)題的鎘、鉛和汞基合金。

形狀記憶合金（Shape Memory Alloys, SMA）將一種或多種形狀記憶合金顆粒分散在熱油脂中，并在設(shè)備工作溫度下應(yīng)用于熱源和散熱器之間的界面，研究表明形狀記憶合金增強(qiáng)了電子器件與散熱器之間的熱接觸。在電子器件使用過(guò)程中，溫度的升高使形狀記憶合金由低溫馬氏體相變?yōu)楦邷貖W氏體相變。片狀剝離粘土（Exfoliated Clay）將一種或多種聚合物、導(dǎo)熱填料和剝離粘土材料組成一種相變材料，在粘土剝離成熱界面材料的過(guò)程中，粘土顆粒彌散成長(zhǎng)徑比大于200且表面積大的片狀結(jié)構(gòu)。由于高長(zhǎng)徑比，只需要少量顆粒小于10wt%的粘土顆粒就能顯著提高TIM的熱性能；也有人認(rèn)為，這些粒子減緩了氧氣和水通過(guò)界面材料的擴(kuò)散和減慢了揮發(fā)性組件的釋放速度，從而減少了泵出和干出，提高了TIM的可靠性和性能。熔絲/不熔的填料（Fusible/Non-Fusible Fillers）將硅樹(shù)脂等聚合物與可熔性填料（如焊料粉末）結(jié)合而成的混合物TIM，在固化過(guò)程中，焊料顆?；亓魅诤显谝黄鹦纬筛邔?dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。還可以在相變材料中添加難熔填料，以形成易熔和難熔填料的混合物，從而增強(qiáng)TIM的機(jī)械性能。當(dāng)熱通過(guò)滲透（即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的顆粒接觸）傳導(dǎo)時(shí)，不可熔顆粒也會(huì)增加基體的熱導(dǎo)率。測(cè)試的非易熔顆粒填料材料包括氧化鋅、鋁、氮化硼、銀、石墨、碳纖維、金剛石和金屬涂層填料，如金屬涂層碳纖維或金屬涂層金剛石，在熱界面材料中，推薦易熔填料比例為60-90wt%和非易熔填料比例為5-50wt%。2-1-3熱傳導(dǎo)彈性體（Thermally Conductive Elastomers）熱傳導(dǎo)彈性體（或稱為凝膠，Gels）通常由填充有熱傳導(dǎo)陶瓷顆粒的硅彈性體組成，可以用編織玻璃纖維或電介質(zhì)膜等增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度。彈性體通常用于需要電絕緣的設(shè)備中，彈性材料的TIMs不像油脂可自由流動(dòng)，為了符合表面的不規(guī)則性，需要足夠的壓縮載荷來(lái)變形。在低壓力下，彈性體不能填充表面之間的空隙，熱界面電阻高；隨著壓力的增加，彈性體填充了更多的微觀空隙，熱阻減小。若組裝完成，就需要永久性的機(jī)械緊固件來(lái)保持連接，所獲得的熱阻取決于厚度、夾緊壓力和體積導(dǎo)熱系數(shù)。2-1-4 碳基熱界面材料（Carbon Based TIMS）碳纖維/納米纖維（Carbon Fibre/Nano-Fibre）通過(guò)精密切割連續(xù)的高導(dǎo)熱碳纖維束和靜電植絨纖維排列在基材上，并用一層薄薄的未固化粘合劑固定形成一個(gè)天鵝絨一樣的結(jié)構(gòu)?；陌ń饘俨⒕酆衔锖蛶в姓澈蟿┑奶计?，如硅樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂和陶瓷粘合劑纖維，它們可以獨(dú)立彎曲以跨越局部間隙，同時(shí)需要較低的接觸壓力以確保每根纖維都能接觸兩個(gè)表面。石墨片（Graphite Flakes）把蠕蟲(chóng)石墨在沒(méi)有粘合劑的情況下壓縮在一起，形成一個(gè)有粘性的高純度石墨薄片，這些柔性材料最初是用于流體密封的墊片（如內(nèi)燃機(jī)的封頭墊片），由于石墨片材料具有天然的多孔性，將其浸漬礦物油或合成油等聚合物可用于開(kāi)發(fā)特定等級(jí)的高性能柔性石墨片用于TIM應(yīng)用。

碳納米管（Carbon Nanotubes）結(jié)合碳納米管結(jié)構(gòu)及導(dǎo)熱特性，它在熱管理技術(shù)中潛在的應(yīng)用方向主要包括：(1) 將碳納米管作為添加劑改善各種聚合物基體內(nèi)的熱傳遞網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而發(fā)展高性能導(dǎo)熱樹(shù)脂、電子填料或黏合劑；(2) 構(gòu)建自支撐碳納米管薄膜結(jié)構(gòu), 通過(guò)調(diào)制碳納米管取向分布實(shí)現(xiàn)不同方向的傳熱；(3) 發(fā)展碳納米管豎直陣列結(jié)構(gòu)，通過(guò)管間填充、兩端復(fù)合實(shí)現(xiàn)熱量沿著碳納米管高熱導(dǎo)率的軸向方向傳輸，以期為兩個(gè)界面間熱的輸運(yùn)提供了有效的通道開(kāi)發(fā)高性能[3]。最常見(jiàn)的基于碳納米管TIMs主要分為三類(lèi)，按照制造復(fù)雜性的順序排列如下：碳納米管和碳納米管與金屬顆粒在聚合物基體中的均勻混合，碳納米管在襯底上的垂直排列生長(zhǎng)，以及在芯片和熱分布器之間的兩面排列生長(zhǎng)。在碳納米管TIMs中，碳納米管各向異性的結(jié)構(gòu)物性特點(diǎn)及與其它材料接觸界面熱阻過(guò)大的問(wèn)題是需要研究者們重點(diǎn)關(guān)注研究的方向。電子裝置的總熱阻通常包括裝置本身對(duì)環(huán)境的熱耗散和TIM之間的接觸熱阻。而功率損耗的增加是一種趨勢(shì)，將需要具有更高性能、最低熱阻和長(zhǎng)期可靠性的熱界面材料。石墨烯（Graphene）石墨烯熱界面材料主要以石墨烯或石墨烯與碳納米管、金屬等復(fù)合作為導(dǎo)熱填料，材料基體主要以環(huán)氧樹(shù)脂（導(dǎo)熱膠黏劑）為主要研究方向，其它基體如硅油、礦物油、硅橡膠、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚氨酯等。石墨烯作為導(dǎo)熱填料的原料主要包括石墨烯片、剝離膨脹石墨烯片層、單層和多層石墨烯、單壁碳納米管和石墨烯、多壁碳納米管和石墨烯、聯(lián)苯胺功能化石墨烯、石墨烯和銀顆粒及氧化石墨烯等添加形式。單層或少層石墨烯還可以用于高功率電子器件散熱，如將化學(xué)氣相沉積（CVD）法制備的石墨烯轉(zhuǎn)移到高功率芯片上。其散熱效果取決于石墨烯片的大小及層數(shù)，且在轉(zhuǎn)移過(guò)程中易引入雜質(zhì)或產(chǎn)生褶皺和裂紋，也會(huì)影響石墨烯散熱效果。提高CVD法制備的石墨烯質(zhì)量和優(yōu)化轉(zhuǎn)移方法減少其轉(zhuǎn)移過(guò)程中的損壞，或直接將石墨烯生長(zhǎng)在功率芯片表面，是提高石墨烯散熱效果的主要方法。將石墨烯制備成宏觀薄膜應(yīng)用于熱管理中也是一種重要的途徑，主要方法有：將液相剝離石墨烯經(jīng)過(guò)旋涂、滴涂、浸涂、噴涂和靜電紡絲等方式成膜；將氧化石墨烯通過(guò)高溫還原或者化學(xué)還原成膜；將石墨烯和碳纖維復(fù)合成膜；或者將石墨烯薄膜制備成三維形狀成膜等。石墨烯需要和器件基板接觸，因此減少石墨烯薄膜和基板間的接觸熱阻是石墨烯熱管理應(yīng)用必須考慮的問(wèn)題，如采用共價(jià)鍵、功能化分子等方式。石墨烯薄膜性能和價(jià)格有優(yōu)勢(shì)才能取代目前主流的石墨膜（PI）散熱片，這對(duì)石墨烯薄膜產(chǎn)業(yè)化是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。

三

封裝材料

電子封裝材料是半導(dǎo)體芯片與集成電路連接外部電子系統(tǒng)的主要介質(zhì)，對(duì)電子器件的使用影響重大。理想的電子封裝材料應(yīng)滿足如下性能要求：（1）高的熱導(dǎo)率，保證電子器件正常工作時(shí)產(chǎn)生的熱量能及時(shí)散發(fā)出去；（2）熱膨脹系數(shù)需要與半導(dǎo)體芯片相匹配，避免升溫和冷卻過(guò)程中由于兩者不匹配而導(dǎo)致的熱應(yīng)力熱應(yīng)力損壞；（3）低密度，用在航天、軍事等方面，便于攜帶；（4）綜合的力學(xué)性能，封裝材料對(duì)電子元器件需起到支撐作用。

圖2 典型封裝材料的熱膨脹系數(shù)及熱導(dǎo)率與密度比值3-1 焊料

鉛錫焊料由于熔點(diǎn)低、性價(jià)比高等特點(diǎn)成為低溫焊料中最主要的焊料系列，但由于所含鉛的比例高給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的污染，世界各國(guó)都在對(duì)性能相近或更高的無(wú)鉛焊料進(jìn)行重點(diǎn)研究。

新的元素添加到基于Sn體系中有如下基本要求：1）降低純錫表面張力，提高潤(rùn)濕性；2）使焊料和基體之間通過(guò)擴(kuò)散快速形成金屬間化合物；3）提高Sn的延性；4）防止b-Sn轉(zhuǎn)變?yōu)閍 -Sn，導(dǎo)致不必要的體積變化，降低焊料的結(jié)構(gòu)完整性和可靠性；5）在液相可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞N或兩種以上固相的情況下，用共晶或近共晶成分保持熔點(diǎn)在183℃左右；6）改善機(jī)械性能（如蠕變、熱-機(jī)械疲勞、振動(dòng)和機(jī)械沖擊、剪切和熱老化）；7）防止錫晶須過(guò)度生長(zhǎng)。

已被人們研究的可替代Sn-Pb體系中鉛的金屬有Ag、Bi、Cd、Cu、In、Sb、Zn、Al等，主要被研究開(kāi)發(fā)的合金體系有：Sn-Ag-Cu、Sn-Cu、Sn-Ag、Sn-Ag-Cu-Bi、Bi–In、Sn–In、Sn –Bi、Sn–Bi–In、Sn–Zn–Bi、Sn–Zn等系列，另外活性納米粒子（如Co、Ni、Pt、Pd、Al、P、Cu、Zn、Ge、Ag、In、Sb、Au、TiO 2、SiC、Al2O3、SWCNT、SiO2、Cu–Zn、Cu6Sn5、Ag3Sn等）的添加可以改變焊料的微觀結(jié)構(gòu)、熔化溫度、潤(rùn)濕性和機(jī)械性能。

無(wú)論在學(xué)術(shù)研究還是工業(yè)應(yīng)用，由于高或低的熔點(diǎn)、高界面生長(zhǎng)、低潤(rùn)濕性、低耐蝕性和成本等問(wèn)題，很難用任何一種焊料合金來(lái)代替所有的Sn-Pb焊料?，F(xiàn)實(shí)的解決方案可能是通過(guò)與其他合金元素相結(jié)合來(lái)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膽?yīng)用，或者通過(guò)研究焊料合金的物理冶金和加工條件，改善焊料的微觀結(jié)構(gòu)和可靠性，及尋找具有良好重復(fù)性的工業(yè)規(guī)模合成路線等。

3-2 聚合物基復(fù)合材料

導(dǎo)熱聚合物材料的研究主要集中在填充型導(dǎo)熱聚合物材料方向，

聚合物基體主要有：HDPE、UHMWPE、LCP、POM、LDPE、EVA、PPS、PBT、PTFE、PA66、PA6、PEEK、PSU、PMMA、PC、TPU、ABS、PVC、PVDF、SB、SAN、PET、PS、PVDC、PIB、PP、PI；

導(dǎo)熱填料類(lèi)型主要有：（1）金屬類(lèi)，如銅、銀、金、鎳和鋁等；（2）碳類(lèi)，如無(wú)定型碳、石墨、金剛石、碳納米管和石墨烯等；（3）陶瓷類(lèi)，如氮化硼（BN）、氮化鋁（A1N）、氮化硅（Si3N4）、碳化硅（SiC）、氧化鎂（MgO）、氧化鈹（BeO）、氧化鋁（Al2O3）、氧化鋅（ZnO）、氧化硅（SiO2）等。填料的添加量、形狀、尺寸、混合比例、表面處理及取向、團(tuán)聚、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等都對(duì)聚合物基復(fù)合材料的熱導(dǎo)率有很大的影響。

聚合物基復(fù)合材料有如下特性：1）可通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)奶盍蟻?lái)控制電氣絕緣和電氣傳導(dǎo)；2）易加工的整體零件或復(fù)雜的幾何形狀；3）重量輕；4）耐腐蝕；5）若使用柔性聚合物，則須符合相鄰粗糙表面的幾何形狀；6）聚合物復(fù)合材料的回彈性會(huì)引起振動(dòng)阻尼。聚合物基復(fù)合材料不僅應(yīng)用于電子封裝，還應(yīng)用于LED器件、電池和太陽(yáng)電池等。

3-2 金屬基復(fù)合材料

金屬基復(fù)合材料通過(guò)改變?cè)鰪?qiáng)相種類(lèi)、體積分?jǐn)?shù)、排列方式或復(fù)合材料的熱處理工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)可調(diào)的功能，并綜合金屬基體優(yōu)良的導(dǎo)熱性、可加工性和增強(qiáng)體高導(dǎo)熱、低熱膨脹的優(yōu)點(diǎn)，能夠制備出熱物理性能與電子器件材料相匹配的封裝材料。

金屬基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的主要影響因素為增強(qiáng)體和金屬基體的物性，如種類(lèi)、含量、形狀、尺寸及純度等。目前工藝成熟且性能穩(wěn)定得到廣泛應(yīng)用的是高體積分?jǐn)?shù)SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料（熱導(dǎo)率達(dá)200W/（m·K）、熱膨脹系數(shù)為7.8×10-6K-1，密度僅為3.0g/cm3），而為了開(kāi)發(fā)熱導(dǎo)率更高的金屬基復(fù)合材料，目前主要的研究方向是金剛石、石墨烯等增強(qiáng)的鋁基、銅基和銀基復(fù)合材料，但此類(lèi)金屬基體與金剛石或石墨烯之間潤(rùn)濕性較差，界面效應(yīng)成為制約其性能的瓶頸。

3-2-1單項(xiàng)增強(qiáng)體金屬基復(fù)合材料

纖維：包括碳纖維增強(qiáng)銅基和鋁基復(fù)合材料（Cf/Cu、Cf/Al、），碳化硅纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料（SiCf/Cu），以及金剛石纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，材料體中纖維以空間隨機(jī)分布、平面隨機(jī)分布和單向分布。

片體：如石墨片、石墨烯納米片等二維平面結(jié)構(gòu)材料。

顆粒：常見(jiàn)的有石墨顆粒、硅顆粒、碳化硅、金剛石等，其中Si/Al，SiC/Al廣泛應(yīng)用于電子封裝工業(yè)。

網(wǎng)絡(luò)互穿：增強(qiáng)相與基體相在空間都保持連續(xù)分布，從而可弱化復(fù)合界面對(duì)材料熱學(xué)性能的顯著影響，如C/Al、（SiC+C）/Al、CNTs/Cu等復(fù)合材料。

3-2-2 混雜增強(qiáng)體金屬基復(fù)合材料

顆粒-顆粒：包括雙粒度同質(zhì)顆粒、雙粒度異質(zhì)顆粒和等粒徑異質(zhì)顆粒等，如雙粒度SiC/Al、等粒徑（Dia+SiC）/Al等復(fù)合材料。

顆粒-片體：理論上有望彌補(bǔ)片體各向異性和顆粒增強(qiáng)效率低，同時(shí)發(fā)揮片體在半導(dǎo)體器件平面方向上的低膨脹與顆粒高導(dǎo)熱的作用，或者實(shí)現(xiàn)片體在平面方向上的高導(dǎo)熱與顆粒抑制熱膨脹的作用相匹配，如石墨片+碳化硅浸滲液相鋁合金復(fù)合材料。

納米材料：不僅有優(yōu)異的力學(xué)性能、極低的熱膨脹系數(shù)，而且具有很高的導(dǎo)熱性能，如碳納米纖維、碳納米管、石墨烯納米片、納米金剛石等。利用粉末冶金方法、片狀粉末冶金方法、選擇性涂布浸漬、金屬箔冷軋退火等工藝，可制備如納米項(xiàng)增強(qiáng)材料如碳納米管與金屬粉末（銅粉末）、片狀粉末冶金（CNTs/Al、CNTs/Cu及GNS/Al）等復(fù)合材料。納米相表面金屬化有望改善由納米相豐富的比表面積和金屬基體穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)帶來(lái)的界面結(jié)合困難問(wèn)題，常用方法有（電）化學(xué)鍍銅、鍍鎳等]。

3-3相變材料

相變材料（Phase Change Materials, PCM）是利用物質(zhì)在相變（如凝固/熔化、凝結(jié)/汽化、固化/升華等）過(guò)程發(fā)生的相變熱來(lái)進(jìn)行熱量的儲(chǔ)存和利用的潛熱存儲(chǔ)材料。

圖3 儲(chǔ)能材料的分類(lèi)

PCM根據(jù)其化學(xué)成分可歸類(lèi)為有機(jī)和無(wú)機(jī)相變材料。有機(jī)相變材料主要由烷烴制成，包括石蠟、脂肪醇 、脂肪酸、蠟及烷烴基合金等；無(wú)機(jī)相變材料包括熔鹽、鹽水合物和金屬等；另一類(lèi)相變材料包括有機(jī)-無(wú)機(jī)、無(wú)機(jī)-無(wú)機(jī)和有機(jī)-有機(jī)化合物的共晶混合物。

無(wú)機(jī)共晶混合物適用于高溫?zé)岽鎯?chǔ)系統(tǒng)，如集中太陽(yáng)能熱電廠；有機(jī)共晶體適用于低溫儲(chǔ)熱，如維持建筑溫度，用于電池組的熱管理系統(tǒng)等；石蠟、脂肪酸和脂肪醇等有機(jī)化合物熔點(diǎn)低（10?60℃），適用于家用熱存儲(chǔ)。直鏈烴石蠟具有熔融熱高、低蒸氣壓、化學(xué)惰性、無(wú)相分離的自發(fā)成核等理想特性，是目前研究最多的有機(jī)PCM 之一，但石蠟的熱導(dǎo)率僅為0.2W/(m·K )，增加了其熔化時(shí)間以及蓄熱系統(tǒng)的充熱時(shí)間，因此向石蠟中加入高熱導(dǎo)率填料形成PCM復(fù)合材料是研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

PCM材料要注意的問(wèn)題:

1、傳統(tǒng)的PCM性質(zhì)分析方法局限性：1）分析少量樣本（1-10毫克），盡管PCMs的某些行為取決于其數(shù)量；2）分析儀器復(fù)雜而昂貴；3）無(wú)法直觀觀察到相變。

2、長(zhǎng)期穩(wěn)定性：1）PCM-容器系統(tǒng)的穩(wěn)定性，儲(chǔ)存材料和容器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性不足是限制潛熱儲(chǔ)存廣泛使用的一個(gè)問(wèn)題。一個(gè)相關(guān)的方面是這些系統(tǒng)的使用壽命，以及它們?cè)诓唤档托阅艿那闆r下能夠承受的循環(huán)次數(shù)；2）材料腐蝕，大多數(shù)關(guān)于鹽水合物腐蝕試驗(yàn)的文獻(xiàn)都是用稀釋的鹽水合物進(jìn)行的，通常在化學(xué)工業(yè)中使用，只有少數(shù)結(jié)果是基于對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的觀察；3）材料封裝，如不同的幾何形狀，有機(jī)共晶的結(jié)晶過(guò)程，不同組分比例的包封，封裝濃縮空隙，微膠囊化等。

四

隔熱材料

隔熱材料主要是指具有絕緣性能、對(duì)熱流可起屏蔽作用的材料或材料復(fù)合體，通常具有質(zhì)輕、疏松、多孔、導(dǎo)熱系數(shù)小的特點(diǎn)，工業(yè)上廣泛用于防止熱工設(shè)備及管道的熱量散失，或者在冷凍和低溫條件下使用，因此又被稱為保溫或保冷材料，同時(shí)由于其多孔或纖維狀結(jié)構(gòu)具有良好的吸聲功能，也廣泛用于建筑行業(yè)。

4-1 材質(zhì)分類(lèi)

隔熱材料依據(jù)材質(zhì)可分為無(wú)機(jī)隔熱材料、有機(jī)隔熱材料、金屬及其夾層隔熱材料。

無(wú)機(jī)材料：（1）天然礦物，如石棉、硅藻土等；（2）人造材料，如陶瓷棉、玻璃棉、多孔類(lèi)隔熱磚和泡沫材料。此類(lèi)材料具有不腐爛、不燃燒、耐高溫等特點(diǎn)，多用于熱工設(shè)備及管道保溫。

有機(jī)材料：（1）天然有機(jī)類(lèi)，如軟木、織物纖維、獸毛等；（2）人造或合成有機(jī)類(lèi)，如人造纖維、泡沫塑料、泡沫橡膠等；（3）蜂窩材料，如蜂窩紙、蜂窩板。此類(lèi)材料具有導(dǎo)熱系數(shù)極小、耐低溫、易燃等特點(diǎn)，適用于普冷下的保冷材料。

金屬及其夾層隔熱材料：（1）金屬材料，如銅、鋁、鎳等箔材；（2）金屬箔與有機(jī)或無(wú)機(jī)材料的夾層（或蜂窩）復(fù)合材料。此類(lèi)材料具有很高的紅外輻射反射率，主要應(yīng)用于航空航天中的高溫?zé)岱雷o(hù)領(lǐng)域。

4-2 形態(tài)分類(lèi)

隔熱材料依據(jù)材料形態(tài)分為多孔隔熱材料、纖維狀隔熱材料、粉末狀隔熱材料和層狀隔熱材料。

多孔材料又稱泡沫隔熱材料，具有質(zhì)量輕、絕緣性能好、彈性好、尺寸穩(wěn)定、耐穩(wěn)定性差等特點(diǎn)，主要有泡沫塑料、泡沫玻璃、泡沫橡膠、硅酸鈣、輕質(zhì)耐火材料等。

纖維狀隔熱材料又可分為有機(jī)纖維、無(wú)機(jī)纖維、金屬纖維和復(fù)合纖維等，工業(yè)上主要應(yīng)用的是無(wú)機(jī)纖維，如石棉、巖棉、玻璃棉、硅酸鋁陶瓷纖維、晶質(zhì)氧化鋁纖維等。

粉末狀隔熱材料主要有硅藻土、膨脹珍珠巖及其制品，主要應(yīng)用在建筑和熱工設(shè)備上。

4-3 新型隔熱材料

4-3-1 氣凝膠保溫隔熱材料

氣凝膠通常是指以納米量級(jí)超微顆粒相互聚集構(gòu)成的納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并在網(wǎng)絡(luò)孔隙中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)的輕質(zhì)納米固態(tài)材料，孔隙率高達(dá)80%~99.8%，密度低至0.003g/cm3，常溫?zé)釋?dǎo)率低于空氣，是一種較為理想的輕質(zhì)、高效隔熱材料。

氣凝膠隔熱材料主要包括SiO2氣凝膠、ZrO2氣凝膠、Al2O3氣凝膠、Si-C-O氣凝膠及碳基氣凝膠（如石墨烯氣凝膠）等，在建筑、石化、航空航天等領(lǐng)域有廣泛使用。如民用領(lǐng)域的氣凝膠透明玻璃墻體、硅氣凝膠夾芯板及柔性氣凝膠隔熱氈等，廣泛應(yīng)用于管道、飛機(jī)、汽車(chē)等保溫體系中；航天航空領(lǐng)域的陶瓷纖維-氣凝膠復(fù)合隔熱瓦等。

4-3-2 碳質(zhì)保溫隔熱材料

碳?xì)质且环N低強(qiáng)碳纖維，主要可由聚丙烯腈纖維、瀝青（石油瀝青和煤瀝青）碳纖維、酚醛纖維、纖維素（即粘膠人造絲）纖維等制成，其導(dǎo)熱系數(shù)小、熱容量低、密度小、線膨脹系數(shù)小、耐高溫、耐熱沖擊強(qiáng)、耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)、高純無(wú)污染等優(yōu)異特性，主要應(yīng)用于晶體硅鑄錠爐、柴油車(chē)尾氣過(guò)濾器用陶瓷燒結(jié)、金屬熱處理、稀土類(lèi)磁性材料制造、半導(dǎo)體晶圓生產(chǎn)設(shè)備、真空電阻爐、感應(yīng)爐、燒結(jié)爐、熱處理爐等。

4-3-3 復(fù)合保溫隔熱材料

復(fù)合硅酸鹽保溫材料具有可塑性強(qiáng)、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐高溫、漿料干燥收縮率小等特點(diǎn)，主要有硅酸鎂、硅鎂鋁、稀土復(fù)合材料等。海泡石保溫隔熱材料是復(fù)合硅酸鹽保溫材料中的佼佼者，硅酸鋁耐火纖維可以制作薄層陶瓷纖維隔熱層，或者纖維墊、纖維氈、纖維板、纖維紙、纖維繩及織物等，可廣泛用于航空航天領(lǐng)域等。

隔熱保溫材料是節(jié)約能源的一個(gè)有效手段，開(kāi)發(fā)科技含量高、性能優(yōu)良且穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、制造成本低、環(huán)境友好的隔熱材料是未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，其中憎水性保溫隔熱材料（如硅酸鹽材料）、泡沫類(lèi)保溫隔熱材料（如應(yīng)用于核工業(yè)的泡沫陶瓷、建筑隔熱的泡沫玻璃等）、環(huán)境友好型保溫隔熱材料（如利用粉煤灰制備熱工窯爐用隔熱材料）等是主要的發(fā)展方向。

五

熱電材料

圖4 熱電制冷器件

熱電制冷器件是利用熱電材料的Peltier效應(yīng)，可以在通入電流的條件下將熱從高溫端轉(zhuǎn)移到低溫端，實(shí)現(xiàn)電到熱的轉(zhuǎn)化，提高電子模塊封裝的冷卻效果，從而減少芯片結(jié)溫或適應(yīng)更高的功耗。理想的熱電材料需要高的無(wú)量綱優(yōu)值（zT），即低的熱導(dǎo)率、高的功率因子；熱電制冷器件具有小巧、無(wú)噪音、沒(méi)有活動(dòng)部件等優(yōu)勢(shì)、還可以進(jìn)行主動(dòng)溫度控制，是固態(tài)激光器、焦平面特測(cè)器陣列等必備冷卻裝置，還可以利用Peltier效應(yīng)的逆效應(yīng)Seebeck效應(yīng)將汽車(chē)尾氣等熱能轉(zhuǎn)化為電能[3]。

熱電制冷器件可調(diào)節(jié)的熱流量大小有限，能效比（Coefficient of Performance，COP）要比傳統(tǒng)的冷凝系統(tǒng)低，并依賴于應(yīng)用環(huán)境（通常小于1），意味著熱電制冷器件所消耗的電能相當(dāng)/或大于元器件被冷卻的功率耗散，這些缺點(diǎn)主要是由于熱電材料本身的局限所致，所以熱電制冷器件目前僅應(yīng)用在相對(duì)較低的熱流量場(chǎng)合。為了改善熱電制冷器件的性能，開(kāi)發(fā)高性能的熱電材料是業(yè)界主要的研究方向之一。

圖5 n型（a）及 P型（b）典型熱電材料的無(wú)量綱優(yōu)值 zT

六

小結(jié)

從工程應(yīng)用的角度而言，對(duì)于熱管理材料的要求是多方面的。例如，希望熱界面材料在具有高熱導(dǎo)率的同時(shí)保持高的柔韌性和絕緣性；對(duì)于高導(dǎo)熱封裝材料，則希望高的熱導(dǎo)率和與半導(dǎo)體器件相匹配的熱膨脹率；對(duì)于相變儲(chǔ)熱材料，則希望高的儲(chǔ)熱能力和熱傳導(dǎo)能力。為了同時(shí)兼顧這些特性，將不同的材料復(fù)合化在一起從而達(dá)到設(shè)計(jì)要求的整體性能是熱管理材料的發(fā)展趨勢(shì)，性能主要影響因素有增強(qiáng)體的物性（熱導(dǎo)率、熱膨脹率、體積分?jǐn)?shù)、形狀及尺寸）、基體的物性（熱導(dǎo)率和熱膨脹率等）、增強(qiáng)體/基體的界及增強(qiáng)體在基體中的空間分布（彌散或連續(xù)分布）。
近來(lái)人們研究發(fā)現(xiàn)，材料的非均勻復(fù)合構(gòu)型（如混雜、層狀、環(huán)狀、雙峰、梯度、多孔、雙連續(xù)/互穿網(wǎng)絡(luò)、分級(jí)、諧波等）更有利于發(fā)揮復(fù)合設(shè)計(jì)的自由度和復(fù)合材料中不同組元間的協(xié)同耦合效應(yīng)，復(fù)合界面（亞微米尺度界面層）的微觀結(jié)構(gòu)精細(xì)調(diào)控（化學(xué)成分、結(jié)合狀態(tài)、微觀結(jié)構(gòu)及物相組成等）影響著界面處產(chǎn)生的界面應(yīng)力、界面化學(xué)反應(yīng)、界面組分偏析、界面結(jié)晶等界面效應(yīng)，導(dǎo)致界面處熱及力學(xué)性能的不同，從而顯著影響到復(fù)合材料的熱導(dǎo)率及熱膨脹率，這些已經(jīng)成為熱管理材料復(fù)合化研究的主要方向。

低介電高導(dǎo)熱絕緣墊片和氮化硼膜材

一

簡(jiǎn)介

SPA-SP035是一款純氮化硼填充且具有高導(dǎo)熱、超強(qiáng)耐電壓、密度低、低介電性能的硅酮彈性體。該材料超薄、柔軟、韌性強(qiáng)，可滿足新能源汽車(chē)電池和電子封裝應(yīng)用的導(dǎo)熱絕緣需求。

SPA-SP035 is a boron nitride-filled silicone elastomer with high thermal conductivity, high breakdown voltage, low density, and low dielectric properties. It is ultrathin and flexible with high strength, which can meet the thermal management requirements in the applications such as electric vehicle batteries and electronic packaging.

二

性能參數(shù)

三

產(chǎn)品特性

1、 高導(dǎo)熱系數(shù)(Z方向) 3.5W/(m·K) High thermal conductivity；

2、低熱阻 Low thermal resistance；

3、 高擊穿電壓High Breakdown voltage ；

4、高機(jī)械強(qiáng)度High mechanical strength。

四

產(chǎn)品應(yīng)用