【AM宁波材料所建所20周年专刊】二维填料基热界面材料最新进展：结构、性能及应用

热界面材料是一类可依靠自身形变有效填充接触界面微空隙，并基于本征高导热特性在电子组件间形成高效热连接的封装热管理材料。随着电子器件微型化、集成化技术的迅猛发展，及电子封装从二维平面封装向具有垂直堆叠特性和多核架构的三维立体封装转型，人们希望在实现性能跃迁的同时，通过高效热管理手段，抑制因系统功率密度攀升而产生的热积聚问题，保证芯片算力、寿命及可靠性。在现行封装热设计体系下，热界面材料已然成为决定系统散热能力的关键所在。传统陶瓷颗粒基热界面材料存在热导率较低、接触热阻高的问题。而随着纳米材料制备技术的快速进步，以石墨烯、氮化硼纳米片为典型代表的高导热二维填料开始被广泛应用于热界面材料领域。为充分发挥其本征高导热优势，二维填料微纳结构/界面的形态设计和可控构筑是目前研究的核心问题。

近年来，中国科学院宁波材料技术与工程研究所功能碳素材料团队一直致力于二维材料基热界面材料的基础研究和应用开发工作，系统发展了多种纳米片层排列/搭接形态优化创新技术路线，在国际期刊上发表了多篇高水平论文（ACS Nano 2019, 13, 1547−1554; ACS Nano 2019, 13, 10, 11561–11571; ACS Nano 2021, 15, 8, 12922–12934; Adv. Funct. Mater. 2021, 2104062; Adv. Sci. 2021, 8, 2003734; Chem. Eng. J. 2021, 419, 129609; Adv. Mater. 2023, 35, 2211100）。近期，团队受邀在国际知名期刊Advanced materials上发表题为“2D Materials-Based Thermal Interface Materials: Structure, Properties, and Applications”的综述文章（原文链接：https://doi.org/ 10.1002/adma.202311335）。

文中，作者首先介绍了热界面材料的基本概念、原理、分类及应用领域。以石墨烯和氮化硼为典型代表，以其微结构/界面调控技术更迭为主要脉络，全面展现了二维填料基热界面材料的发展历程。在此基础上，从实际应用为主要切入点，详细评述了各种二维填料基热界面材料制备方法的优点和局限性，并提出了几种未来可能的发展方向。作者指出，进一步在导热网络中集成高顺向垂直排列和共价键合，复合宏观体表面修饰改性及可压缩性能优化探索，将是推动二维填料基热界面材料真正走向实际应用最为关键的一步。

宁波材料所助理研究员代文、硕士生王延东、博士后李茂华为论文的第一作者，博士后颜庆伟、虞锦洪研究员、江南研究员、林正得研究员为论文通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划（2022YFA1203100、2022YFB3706602、2021YFB3701801）、国家自然科学基金（52102055、52272053、52302120）、宁波市重点研发计划（2021Z120、2021Z115、2022Z084、2022Z191）等项目的支持。

图1 热界面材料的分类及应用领域

（海洋关键材料重点实验室）