電子設(shè)備小型化、高功率化帶來的散熱難題如何破解？熱界面材料（TIM）是關(guān)鍵！北京大學(xué)劉忠范院士團隊在《Advanced Science》發(fā)表創(chuàng)新成果：利用流化床化學(xué)氣相沉積（FB-CVD）技術(shù)，成功為氧化鋁（Al?O?）粉末披上高質(zhì)量、連續(xù)的石墨烯“外衣”，制備出導(dǎo)熱性能大幅躍升的復(fù)合粉末及熱界面材料。這項技術(shù)攻克了高質(zhì)量石墨烯復(fù)合材料可控制備難題，為下一代電子器件散熱帶來新希望。

1、創(chuàng)新“石墨烯皮膚”： FB-CVD 精準控制，在氧化鋁粉末表面生長出高結(jié)晶度、高覆蓋率、批次穩(wěn)定的連續(xù)石墨烯層（Gr-skinned Al?O?）。

2、構(gòu)建“聲子高速通道”： 石墨烯優(yōu)異特性及其與 Al?O? 的強聲子耦合，在復(fù)合材料內(nèi)形成高效熱傳遞網(wǎng)絡(luò)。石墨烯層熱流通量比 Al?O? 內(nèi)部高出一個數(shù)量級！

3、導(dǎo)熱性能飛躍： 基于該材料制備的 TIM 導(dǎo)熱率高達 6.44 W·m?¹·K?¹，顯著優(yōu)于傳統(tǒng) Al?O? 基 TIM。

4、散熱效果顯著： 應(yīng)用于微型 LED，熱點溫度直降 17.7 °C，有效提升器件性能和壽命。

5、可擴展平臺： FB-CVD 技術(shù)為石墨烯包覆陶瓷復(fù)合材料提供了穩(wěn)定、可規(guī)模化的制備路徑。

• 圖1：核心流程與應(yīng)用

  • 流程： Al?O? 粉末在流化床中被含碳氣體包覆石墨烯。

  • 應(yīng)用： 石墨烯包覆粉體填充聚合物形成 TIM。連續(xù)石墨烯層作為“聲子快速通道”，高效導(dǎo)熱，填平微間隙。

• 圖2：高質(zhì)量“外衣”證明

  • SEM/TEM等表征清晰展示：石墨烯層連續(xù)、完整、高結(jié)晶度地包裹 Al?O? 顆粒，效果均勻可控。

• 圖3 & 4：卓越性能驗證

  • 理論模擬 (圖3)： 揭示石墨烯層如何大幅提升界面熱導(dǎo)（Gr/Gr 和 Al?O?-O/Gr 界面是關(guān)鍵）。

• 性能實測 (圖4c)： 石墨烯包覆 Al?O? TIM 導(dǎo)熱率/熱阻性能全面碾壓傳統(tǒng) Al?O? TIM。

• 紅外熱像 (圖4d, g)： 直觀顯示使用該 TIM 后，器件表面及熱點溫度顯著降低（降幅 17.7°C），效果震撼。

• 性能對比 (圖4h)： 該 TIM 在同類 Al?O? 基材料中導(dǎo)熱性能領(lǐng)先。

北大團隊這項突破性研究，成功實現(xiàn)了高質(zhì)量石墨烯包覆氧化鋁粉末的規(guī)模化可控制備。其構(gòu)建的“聲子高速通道”大幅提升了 TIM 導(dǎo)熱性能，為高功率芯片、微型 LED、5G 等領(lǐng)域的散熱難題提供了高效解決方案。