Simultaneous Reduction of Bulk and Contact Thermal Resistance in High‐Loading Thermal Interface Materials Using Self‐Assembled Monolayers

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作者
Xiu He,Xirui Liu,Jiajing Huang,Wenbo Lin,Jiawang Wen,Pochung Huang,Xiaoliang Zeng,Yan Zhang,Qianlong Wang,Yue Lin
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (37) 被引量:22
标识
DOI:10.1002/adfm.202402276
摘要

Abstract Thermal interface materials (TIMs) play a pivotal role in the transfer of heat from high‐temperature sources, such as CPUs, to heat sinks in power electronics. The effectiveness of grease‐type TIMs is determined by their effective thermal impedance ( R EFF ), which hinges on optimizing both the specific bulk ( R B ) and contact ( R C ) thermal resistances. Achieving concurrent optimization of these resistances poses a significant challenge, especially in high filler loading TIMs, typically above 76 vol%. This research leverages interface engineering through Self‐Assembled Monolayers (SAMs) to address this challenge. A substantial decrease in R EFF is realized to 0.169 K cm 2 W −1 , a tenfold enhancement compared to non‐SAM treated TIMs, which exhibit R EFF values of 2.265 K cm 2 W −1 . This leap in performance is primarily ascribed to the reduced surface energy of SAM treated Al 2 O 3 , leading to lower particle‐to‐particle Van der Waals forces, thereby improving particle dispersion and strengthening interfacial bonds. Furthermore, longer carbon chains in SAMs result in increased R B , yet a decrease in R C , due to the chains' capacity for enhanced energy absorption and molecular entanglement. The investigation underscores the significance of shorter‐chain SAMs in fine‐tuning thermal resistance, highlighting the crucial role of molecular architecture in the design of advanced TIMs.
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