来源：ACS Nano

链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c17391

01 背景介绍

在电子设备微型化、晶体管集成度激增的趋势下，单位面积输出功率大幅提升，芯片工作温度过高成为影响其可靠性与寿命的关键问题。热界面材料（TIMs）作为填充芯片与散热器间隙的核心部件，需同时满足高垂直热导率（κ⊥）、低接触热阻（Rc）、低压缩模量、良好柔顺性及优异界面匹配性等多重要求。然而传统 TIMs 面临严峻技术瓶颈：一是热导率与接触热阻难以协同优化，硅酮类导热膏虽界面接触性好，但聚合物基体导热率极低（<17 W/(m・K)）；二是相变材料（PCMs）虽具备良好润湿性和高储热能力，但自身导热率仅 1-10 W/(m・K)，且易泄漏；三是纳米碳材料（如石墨烯、碳纳米管）虽导热性能优异，但存在显著各向异性，需精准控制取向与分布才能实现高效散热，且与基体结合后易因刚性导致界面接触不良。因此，开发兼具超高导热率、超低接触热阻、无泄漏及长效稳定性的新型 TIMs，成为解决高功率电子设备散热难题的核心突破口。

02 成果掠影

近日，中国科学技术大学朱彦武与叶传仁团队联合提出 “层状轧制组装” 设计策略，成功开发出垂直石墨烯薄膜（VAGF）与改性石蜡（POS）层状复合热界面材料（GPOS），实现了导热性能与界面适配性的协同突破。该复合材料采用创新结构设计：基质为经烯烃嵌段共聚物（OBC）与苯乙烯 – 乙烯 – 丁烯 – 苯乙烯（SEBS）交联改性的石蜡（POS），解决了传统石蜡易泄漏的问题，同时具备良好 deformability；增强相为垂直取向的石墨烯薄膜（VAGF），提供高效热传导通道。这种 “高导热骨架 – 高柔顺基质” 协同设计赋予材料卓越综合性能：热学性能方面，55℃（相变温度区间）时垂直热导率高达 789 W/(m・K)，60 psi 压力下接触热阻低至 17 K・mm²/W，远超商用 TIMs；稳定性方面，经 300 次熔融 / 冷冻循环后泄漏量 < 0.3 wt%，3600 次热循环后仍保持稳定散热性能；实际应用中，在 30 W/cm² 热通量下，模拟芯片温度升高仅 30-44℃，显著低于商用碳纤维导热垫（73℃），散热效率提升 59.0%-130.8%。该材料制备工艺具备规模化潜力，通过调控轧制层数与组分比例可精准控制性能，为高功率电子设备热管理提供了全新解决方案。研究成果以“Lamellar Composites of Vertical Graphene and Phase-Change Materials for Highly Efficient Heat Dissipation”为题发表在《ACS Nano》期刊。