25 октября 2022

В Сколтехе создан 3D-нанокомпозит для эффективного отвода тепла в электронике

Сколтех Сколтех

Ученые Сколтеха разработали самособирающийся 3D-нанокомпозит, отличающийся высокой теплопроводностью в плоскости и из плоскости пленки материала, высоким удельным электрическим сопротивлением и высокой гидрофобностью. Эти свойства открывают широкие возможности для использования нового материала при создании материалов интерфейса в электронике для систем теплоотвода. Статья с описанием свойств композита и возможностей по масштабированию производства опубликована в журнале Polymers.

В последние несколько десятилетий отмечалось стремительное развитие электронных технологий, появились новые высокоинтегрированные, легкие и портативные устройства. Однако с миниатюризацией устройств уменьшается и их внутренний объем для размещения рабочих компонентов, что приводит к нарушению процессов отвода тепла в компактных устройствах и не позволяет использовать большие по объему традиционные элементы. В настоящее время для решения задачи отвода тепла применяют ряд пленочных материалов, но большинство из них отводят тепло в плоскости пленки, что может создавать тепловые помехи для работы соседних компонентов устройства.

Ученые 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 чрезвычайно 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 четкой структуризации и выстраивания связей между полимером и строго ориентированным BN на наноуровне», − рассказывает аспирант Сколтеха Мохаммад Оваис. «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, легкий вес и изменяемый химический состав поверхности, а значит, идеально подходит для создания 3D-основы для нашей композитной системы».

Помимо улучшенных термических свойств, нанокомпозит обладает и другими важными преимуществами, в частности, высоким удельным электрическим сопротивлением и высокой гидрофобностью, поясняет Оваис.

«Важными параметрами композита также являются его высокая гидрофобность и электроизоляционная способность, особенно когда речь идет 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».

Ученые считают, что полученные результаты могут быть положены в основу при разработке 3D- и 2D-композитов с новыми схемами отвода тепла. «Учитывая, что изготовленные нами прототипы пленок – аэрогели, обработанные путем сжатия − уже демонстрируют высокую гибкость и надежность структуры, мы полагаем, что уже в ближайшее время сможем подготовить патентную заявку», − отмечает в заключение Оваис.