[发明专利]一种强化金属材料与有机材料界面传热的方法

说明书

本发明公开了一种强化金属材料与有机材料界面传热的方法，属于强化传热领域。本发明的方法是将电声耦合材料用于金属/有机界面处，作为连接电子与声子导热的桥梁，其中金属材料与电声耦合材料之间以电子导热为主，有机材料与电声耦合材料之间以声子导热为主，强化电子‑声子界面热输运，实现金属/有机界面强化传热。本发明的方法有助于增强金属/有机界面传热性能，提高热界面材料、纳米流体、固液相变材料的性能。

技术领域

本发明涉及强化传热领域，具体涉及的是一种强化金属材料与有机材料界面传热的方法。

背景技术

金属/有机界面传热广泛存在于能量产生、转化、传输领域。热界面材料是以有机材料为基底，通过添加高导热填料增加其热导率，用于填充间隙，而金属微纳米颗粒是其中一种常用的高导热填料。金属微纳米颗粒与有机材料之间形成了大量的界面，造成了大量掺杂金属颗粒而热界面材料导热性能提升有限的局限。纳米流体是将高导热颗粒添加于水或油等有机液体中，提升流体的热导率。金属微纳米颗粒与有机液体接触时会有很大的界面热阻。固液相变材料是固液相变储热的介质，由于相变的热导率较小，一般通过在相变材料内部构建金属肋片或添加金属颗粒，增加其热导率。大量的金属/有机界面使热源与相变材料之间的温差增加，降低了热能存储的效率。总而言之，这些界面传热瓶颈最终导致材料和器件可靠性降低。因此，加强界面热输运是许多前沿技术领域面临的技术挑战。

尤其对于金属/有机界面，从微观导热机制看，金属是电子导热主导，导热硅脂是声子导热主导，二者能量传递机制不同，造成了巨大的界面热阻。为了增强金属/有机界面传热，人们通常采用强化界面声子传输的方法，在界面处插入一层中间材料，用于增加声子态密度匹配性和增强界面结合强度。但是这种方法仅仅是从声子的角度出发，而金属内部的主要载热子为电子，因此对界面强化传热的效果有限。如何强化电子-声子界面热输运是金属/有机界面强化传热的关键。

发明内容

为了强化金属/有机界面传热，本发明提供了一种强化金属材料与有机材料界面传热的方法。本发明的方法是将电声耦合材料用于金属/有机界面处，作为连接电子与声子导热的桥梁，其中金属材料与电声耦合材料之间以电子导热为主，有机材料与电声耦合材料之间以声子导热为主，强化电子-声子界面热输运，实现金属/有机界面强化传热。

本发明首先提供了一种强化金属材料与有机材料界面传热的方法，包括如下步骤：在金属材料和有机材料界面处引入一层电声耦合材料。

上述的方法中，所述金属材料与有机材料以平面形式相连；或，

所述金属材料分散在有机材料基质中。

所述电声耦合材料为导电性能介于金属材料与有机材料之间的材料，包括导电聚合物、离子液体或液态金属。

所述导电聚合物为主链具有共轭主电子体系，可通过掺杂达到导电态的材料；具体可为聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯或聚双炔；

所述离子液体由阳离子和阴离子构成；所述阳离子为季铵盐离子、季鏻盐离子或咪唑盐离子；所述阴离子为卤素离子、四氟硼酸根离子或六氟磷酸根离子；更具体可为1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。

所述液态金属为熔点在室温的纯金属或合金；具体可为镓、镓铟、镓铟锡、镓铟锡锌、铟、铟锡、铋铟锡或铋铟锡铅；更具体可为镓铟合金。

上述的方法中，所述金属材料和所述电声耦合材料以金属键、共价键或范德华力相连；

所述电声耦合材料和所述有机材料以共价键、氢键或范德华力相连。

上述的方法中，所述金属材料和所述电声耦合材料的连接方法为浸泡、旋涂、磁控溅射、高温腐蚀或电镀；

所述电声耦合材料和所述有机材料的连接方法为浸泡、旋涂、磁控溅射、高温腐蚀或电镀。