成果简介
智能热界面材料必须具有自愈性，高导热率（k）和弹性变形，因为它们会经受反复的压缩并遭受突然的破坏。然而，通过优化其分子取向或交联来确保高声子迁移率/有效的声子转移，自愈和良好的弹性仍然具有挑战性。本文，天津大学材料科学与工程学院封伟教授团队在《Carbon》期刊发表名为“Thermally Conductive, Self-healing, and Elastic Polyimide@Vertically Aligned Carbon Nanotubes Composite as Smart Thermal Interface Material”的论文，研究通过柔性和刚性链段交联的自修复和弹性聚酰亚胺共聚物（EMPI）被均匀地填充到垂直排列的碳纳米管（VACNT）的森林的间隙中。
EMPI @ VACNTs复合材料在10.83±0.22 W m -1 K -1时显示出高k值，在6.83±0.15km2w-1 W时显示出低界面热阻，高弹性压缩变形（在2.5 MPa时为30％）和强表面粘附力（0.3 MPa）。此外，在80°C下自愈80小时后，其弹性模量和热阻的恢复率分别为90.8％和92％。EMPI @ VACNTs-Cu器件不仅通过在高达30％的梯度压缩应变后恢复，而且还可以通过自我修复其损坏或与Cu界面重整来表现出有效的导热性。因此，导热，自修复和弹性的EMPI @ VACNTs复合材料为各种大功率/智能设备中的智能热管理开辟了新途径。
图文导读
图1。STIM模型显示出较高的k值，自修复，较低的R i值和压缩回弹力。
图2。（a）EMPI的化学结构。（b）VACNT和（c，d）EMPI @ VACNT的横截面SEM图像。插图是VACNT和EMPI @ VACNT的放大图。（e）PAA，EM，EMPI和EMPI @ VACNTs的傅立叶变换红外光谱（FT-IR）光谱。（f）EMPI和EMPI @ VACNTs的差示扫描量热（DSC）光谱和（g）热重分析（TGA）结果。
图3。（a）在不同温度（40、60和80°C）下处理80 h和（b）在80°C不同时间（10、40，80和100小时）。（c）弯曲和（d）穿刺后，在80°C处理40和80 h后，EMPI @ VACNTs表面的FESEM图像。插图：弯曲和刺破的破损模式。（e）–（g）SAXS辐射方向模型和图像，以及（h）EMPI @ VACNTs在初始状态，损坏后和自愈后沿正交方向的相应SAXS曲线。
图4。（a）压缩和恢复单循环后EMPI @ VACNTs的R i值。（b）比较与不同金属接触的其他基于CNT的TIM的R i值。（c）EMPI @ VACNT与各种金属材料（Al，Cu，Ni，Ag和钢）之间的粘合强度。（d）EMPI @ VACNTs在压缩10％和30％然后在80°C加热1天之前和之后的横截面SEM图像和（e）红外（IR）热图像。插图：压缩和恢复过程的插图。（f）样品经受梯度压缩应变的图示，（g）有限元模拟结果（FES）在EMPI区域1-4传热的分析@下梯度压缩VACNTs，和（h）IR热图像（ S-O和 S-R之前和恢复（在80℃）加热1天之后）。
图5。（a）STIM损坏（I）和（b）界面分离（II）的两种模式的说明；（c）10个周期后对应于模式I和II的k和R值。（d）的回收效率η R-I ，η R-II，η日，和η REMPI @ VACNTs值;（e）（f）STIM损伤的自愈（I）和（e）分离界面的再形成（II）后的设备传热的FES分析；（g，h）损坏前和80°C处理1天后自愈后设备顶表面的IR图像；及（i）ΔT SS自愈后20个循环的设备。
小结
基于EMPI @ VACNT的STIM具有在智能热管理中使用的巨大潜力。特别是，它们将非常适合在操作过程中难以维修或更换的设备，例如航天飞机，卫星，导弹和潜艇中使用的设备。
文献：
