你知道“摩爾定律”嗎？它實際上是由英特爾（Intel）創始人之一戈登·摩爾提出的，其內容為：集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。

摩爾定律

半導體行業大致按照摩爾定律發展了半個多世紀，對二十世紀后半葉的世界經濟增長做出了貢獻，并驅動了一系列科技創新、社會改革、生產效率的提高和經濟增長。個人電腦、因特網、智能手機等技術改善和創新都離不開摩爾定律的延續。

不過可惜的是，2016年《自然》指出：由于散熱問題無法解決，“摩爾定律”即將失效。因此在電子器件的高速發展過程中，如何解決電子元器件的散熱問題已成為一個熱點科學問題，主要面臨的挑戰可分為兩方面：一是先進芯片的制造工藝會帶來熱量的大量聚集；二是先進的芯片封裝技術也帶來了熱量的進一步聚集。因此為了保證電子元器件可靠工作，迫切需要研制具有較高散熱能力，較高導熱性能的高分子聚合物絕緣材料。

芯片工藝越來越精進，散熱問題也越來越嚴重

導熱粉體的功能化

為了制備出具備高導熱系數的高分子材料，目前最主流的方式就是引入高導熱填料，以匹配電子器件的導熱需求。目前常用金屬導熱填料有Cu、Ag、Al等；在要求一定絕緣性能的情況下，需選用非金屬導熱填料（比如陶瓷類）如MgO、Al₂O₃、h-BN、AlN等，此外還有石墨烯、碳納米管、金剛石等也是熱點研究對象。

不過也不是選好了填料種類就萬事大吉了，除此之外，高分子復合材料的導熱系數其實還受如下三類因素影響：填料形貌、界面狀態以及微觀結構。當填料被引入聚合物基體時，若與基體間的接觸不平滑，結合強度較低，就容易形成缺陷，從而導致該處聲子傳遞受阻。這種由于聲子譜的不匹配，導致聲子傳導通過界面時發生的散射被稱為界面熱阻。

因此為了改善基體與填料間的界面，使復合材料能在較低的填料含量下實現高的導熱系數，對填料進行表面功能化處理成為了非常重要的解決途徑。舉個例子，利用氮化硼納米管（BNNT）與纖維素纖維疏水相互作用，可實現了對BNNT的非共價鍵改性，采用有效介質理論證實了非共價鍵改性減低了BNNT-聚合物的界面熱阻。又比如說，通過化學還原法在氮化硼納米管（BNNT）表面沉積少量納米銀，可通過納米銀的低熔點效應，實現BNNT與BNNT之間的“焊接”，也能降低BNNT/BNNT界面熱阻。

表征也很重要

不過別以為這樣就萬事大吉了。為了得知填料功能化后的效果，最直接明了的方式就是對復合材料的界面熱阻進行表征。近年來，固體-聚合物界面接觸熱阻的研究被廣泛關注，但由于影響界面接觸熱阻的因素較多，聚合物基界面材料的傳熱機理十分復雜，因此對界面熱阻的表征存在著許多困難和挑戰。

不過隨著相關研究的深入，目前已有學者開發出了幾種新型表征方法與技術，這些核心技術你在2月18-19日于東莞舉辦的“2022年全國導熱粉體材料創新發展論壇”上都能見識到！屆時，來自中國科學院深圳先進技術研究院的曾小亮副研究員將帶來題為《導熱粉體的功能化及表征技術》的報告。如果你一直想試圖破解“界面熱阻”這個制約聚合物復合材料導熱系數的瓶頸，并想了解如何科學有效地表征復合材料的整體導熱性能，那這份報告你絕對不能錯過！

關于報告人

曾小亮副研究員

曾小亮，中國科學院深圳先進技術研究院副研究員，深圳市“孔雀計劃”海外高層次人才（C類）。主要從事芯片熱管理技術及熱管理材料應用研究。圍繞電子器件小型化導致的散熱問題，開展微納米尺度熱傳導計算，芯片界面熱阻精確測量，芯片熱管理材料可控制備，高功率密度電子器件集成技術等熱管理方面的研究。以第一作者或通訊作者在 ACS Nano, Chemistry of Materials, Small, Nanoscale等國際期刊期刊上發表SCI論文20多篇，申請專利20多項，合著書籍《導熱高分子材料》。2010年以來，先后作為主要人員參與科技部重大科技計劃“02專項”，廣東省創新科研團隊項目等10余項。

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