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    三、功能薄膜/涂层材料在电子封装和相变储能领域的应用研究

  • (1)新型电子封装复合材料研究(包括:金刚石/铝复合材料、金刚石/铜复合材料)

    随着电子元器件朝着高性能、低成本、小型化和高度集成化方向快速发展,使得器件的功率密度越来越大,发热量迅速攀升,热量不及时散出导致的温升将严重影响器件的工作效率和使用寿命。倘若热管理材料与半导体芯片之间热膨胀系数不匹配,器件循环工作时产生的热应力易导致器件疲劳失效。此外,国防军工、航天航空以及交通运输领域的数字化、智能化发展,对大功率电子元件的需求骤增,对散热基板和热沉等热管理材料的高导热及轻量化的要求也日益迫切。因此,我国“十三五”发展纲要中已明确将高性能热管理材料列入国家重点研发计划。热管理材料经历了第1代铜铝及其合金,第2代钨铜和钼铜合金,到第3代SiC/Cu(Al)、Si/Cu(Al)等复合材料,尽管这些材料在各性能上得到了很大的优化,但其导热性能上仍难以满足集成电路和芯片技术高速发展的需求。开发新一代高导热、低热膨胀和轻量化的热管理用金属基复合材料成为决定相关产业可持续发展的关键。本方向主要通过CVD、PVD和气压熔渗技术实现石墨烯、碳纳米、金刚石等高导热的碳材料与铝/铜等高导热金属复合构型的“多尺度、多维度、多组分”设计,建立复合材料的“构-效关系”,设计并制备高导热、低热膨胀金属基复合材料,为航空航天、交通运输、武器装备等军民两用领域的新一代大功率元器件提供更高性能的热管理材料。本方向代表性论文:Materials and Design 101 (2016) 109–116和Chemical Engineering Journal 380 (2020) 122551。

    (2)复合相变储热热管理材料及其在热管和VC器件中的应用研究

    相变材料具有在相变过程中可吸收/释放能量,同时自身温度基本不变等特点,不仅能解决能源供求在时间和空间上的不匹配矛盾,提高能源利用效率,还能实现温度控制,已广泛应用于太阳能开发利用、电子设备温控、建筑材料调温、空调与供暖系统、航空航天等领域的热能储存和温度调控。有机相变材料无过冷现象、无毒无腐蚀、性能稳定,是应用最广泛的相变材料。但纯相变材料的低热导率大大限制了其潜热的发挥,因此需要添加高导热材料来增加热导率、提高充/放热效率。国家已将复合相变储能材料列入了“十三五”发展规划。由于石墨烯、碳纳米管、金刚石等碳材料具有极高的热导率,已成为了复合相变储能材料领域的研究热点。本方向主要通过研究化学气相沉积、物理气相沉积和热催化等技术设计和制备不同维度(零维、一维、二维和三维)高导热碳材料与相变材料进行复合,建立复合相变储能材料的“构-效关系”,为高性能复合相变储能材料的制备奠定实验和理论基础。本方向代表性论文:Materials and Design 172 (2019) 107709和Applied Energy 233–234 (2019) 208–219(ESI热点论文和高被引论文)。

    (3)气压熔渗法开发高性能金属基复合材料


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