一种受苍耳启发的新型CPU散热材料问世

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一种受苍耳启发的新型CPU散热材料问世

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澎湃

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随着计算机技术的飞速发展，CPU散热问题日益凸显。近日，同济大学等机构研究人员受苍耳启发，开发出一种新型导热复合材料，为CPU散热难题提供了创新解决方案。

随着计算机中央处理单元（CPU）的发展，特别是在高功率操作环境中，对热管理系统的需求也在增加。热界面材料（TIM）不仅需要提供高导热性和低界面热阻，还需要提供坚固的机械性能，以消除对额外紧固件的需求。此外，这些材料必须具有阻燃性、长期稳定性和适应性，以确保在下一代CPU的苛刻条件下具有可靠和高效的性能。长期以来，开发既阻燃又坚固的聚合物热导体一直是工业和学术界面临的挑战。高导热性使聚合物能够有效地管理工作环境中的热量。自熄特性确保了安全性，高机械质量使聚合物能够承受重大载荷。然而，由于各种作用机制和材料设计，迄今为止，制造具有高机械强度和导热性的自熄聚合物复合材料已被证明极具挑战性。为了在聚合物复合材料中实现高导热性，通常需要高负载的导热颗粒，但这会严重降低材料的机械质量、柔韧性和加工性能。此外，在生产导热复合材料时使用导热颗粒作为填料会产生几个科学问题。例如，由于填料和聚合物基体之间不可避免地存在接触和界面热阻，复合材料的导热系数往往低于理论预测。此外，填料分布的不连续性增加了界面的数量和面积，从而提高了接触热阻，填料和聚合物之间的弱界面力会导致严重的声子散射。为了应对这些挑战，研究人员探索了各种策略解决此类问题。

近日，同济大学邱军教授、中国药科大学周湘副教授、南开大学Zhao Weiqiang团队针对高导热性的聚合物往往受到机械强度不足、高生产成本、高界面热阻和易燃性的挑战取得最新进展。受苍耳“多刺种子-树皮”3D结构的启发，使用乙二胺亚甲基膦酸铜作为“多刺”，功能化氧化铝微球作为“种子”填料，开发了浇注聚氨酯（PUC）复合材料。这种多刺结构可以防止有机磷酸酯自聚合，赋予聚合物自熄性，同时通过将“种子”连接到基质来增强机械强度和导热性。树皮状结构使功能颗粒能够有效地相互连接，优化复合材料内的协同作用。升高的表面降低了界面热阻，从而提高了导热性。由此产生的PUC复合材料表现出令人印象深刻的性能，抗拉强度为15.9 MPa，导热系数为2.51 W m⁻⊃1; K⁻⊃1;，为高功率CPU提供了有效的连续冷却。这些复合材料具有低密度、广泛的可用性和环境可持续性，使其成为符合全球发展战略的可持续电子和新能源应用的有前景的候选者。研究成果以“Cocklebur-Inspired Robust Non-flammable Polymer Thermo Conductor for CPU Cooling”为题发表在Small期刊。