Учёные «Сколтеха» разработали самособирающийся 3D-нанокомпозит с высокой теплопроводностью в плоскости и из плоскости плёнки материала, высоким удельным электрическим сопротивлением и высокой гидрофобностью, сообщили Хабру в пресс-службе «Сколтеха». Эти свойства открывают широкие возможности для использования нового нанокомпозита при создании материалов интерфейса в электронике для систем теплоотвода.
В последние несколько десятилетий появились новые высокоинтегрированные, лёгкие и портативные устройства. Однако с миниатюризацией устройств уменьшается и их внутренний объём для размещения рабочих компонентов, что приводит к нарушению процессов отвода тепла в компактных устройствах и не позволяет использовать большие по объёму традиционные элементы. Сейчас для отвода тепла применяют плёночные материалы, большинство которых отводят тепло в плоскости плёнки, что может создавать тепловые помехи для работы соседних компонентов устройства.
Учёные «Сколтеха» нашли решение этой проблемы, создав 3D-нанокомпозит с основой из аэрогеля нитрида бора (BN) / поливинилового спирта (ПВС) с высокими показателями по теплопроводности, стабильности и гидрофобности, что очень актуально для решения задач терморегулирования в электронике.
«Упорядочение материалов-наполнителей внутри полимерной матрицы необходимо для того, чтобы обеспечить быстрый отвод тепла в электронных устройствах, а также эффективный перенос фононов в сегрегированном тепловом канале ПВС с наполнителем из BN. Упорядочив элементы, можно добиться чёткой структуризации и выстраивания связей между полимером и строго ориентированным BN на наноуровне. Известно, что 3D-структура прекрасно справляется с задачей управления температурой, поэтому мы решили использовать аэрогель — материал с 3D-структурой, который имеет низкую плотность, высокую теплопроводность, лёгкий вес и изменяемый химический состав поверхности, а значит, идеально подходит для создания 3D-основы для нашей композитной системы», — указал аспирант «Сколтеха» Мохаммад Оваис.
Кроме улучшенных термических свойств нанокомпозит обладает высоким удельным электрическим сопротивлением и высокой гидрофобностью, поясняет Оваис.
«Важными параметрами композита также являются его высокая гидрофобность и электроизоляционная способность, особенно когда речь идёт об электронных материнских платах с интегральными схемами, уязвимых к коротким замыканиям и неисправностям. Материалы теплового интерфейса, обладающие высокой гидрофобностью, необходимы для влагозащиты микросхем, подверженных воздействию воды».
Учёные считают, что полученные результаты могут быть положены в основу при разработке 3D- и 2D-композитов с новыми схемами отвода тепла. Как указывает Оваис, «учитывая, что изготовленные прототипы плёнок уже демонстрируют высокую гибкость и надежность структуры», исследователи полагают, что уже в ближайшее время они смогут подготовить патентную заявку.
Материалы исследования опубликованы в статье «Scalable Fabrication of Thermally Conductive Layered Nacre-like Self-Assembled 3D BN-Based PVA Aerogel Framework Nanocomposites» в журнале Polymers. DOI:10.3390/polym14163316
