美国卡耐基梅隆大学机械工程系申盛教授团队，开展了新型热界面材料的研究。该工作基于该课题组之前发表在Nano letters的论文，即利用铜纳米线阵列作为热界面材料的思路。
　　在此之上，他们不再依赖导电基底，而是让铜纳米线阵列生长。其次，为进一步提高传热效果并解决铜线易氧化的问题，其使用等离子体来加强化学沉积技术，从而在铜纳米线表面合成一层厚厚的三维石墨烯结构。
　　这层石墨烯层的包裹不仅将热传导性能提升了50%，整体热导率高达97W/m·K，也确保了铜不会被空气氧化。
　　除此之外，这种三维的石墨烯结构将原来铜纳米线的高亲水性彻底转为高疏水性，使得在后续的电沉积过程中，铜的沉积只发生在纳米线阵列顶部。
　　这种新型纳米结构的材料，是由两层铜薄膜在上下两侧夹着中间纳米线阵列构成，外观呈现三明治状。总体厚度小于40微米，纸张一样轻薄，既柔软又容易变形。
　　在具体应用中，只需在两侧电镀一层非常薄的锡层，就能按照所需大小和形状随意剪裁，直接夹于待结合的界面之间，加热到锡层融化即可实现界面的完整连接。
　　在轻微的压力之下，当柔软的“三明治”结构发生形变时，可以适应界面的表面形貌，从而能够实现超高的导热性能。
　　热性能测量结果显示，该材料的总体热阻仅有传统焊料（比如锡）的十分之一，相比导热胶的热阻更是低了几个数量级。
　　在机械性能上，其也具备与导热胶等高分子聚合物媲美的柔软性，很容易就能被用于各种弯曲或者柔性表面。
　　最后，该材料通过了严苛的热循环的测试（-55℃~125℃），在1000多个循环之后仍能维持原有的高导热性能，故其具有出色的高稳定性，可以满足实际应用的要求。
　　“总体而言，这种超高导热率、超高柔性、易使用的纸张状热界面材料，引领了全新一代高性能热界面材料的发展，为高能量高密度器件散热的瓶颈问题提供了一种极佳的解决思路。”课题组表示。
　　近日，相关论文以《具有超低热阻和刚度的3D石墨烯-纳米线“三明治”热界面》（3D GrapheneNanowire“Sandwich”Thermal Interface with Ultralow Resistance and Stiffness）为题发表在ACS nano上。
　　与现有的热界面材料相比，该材料能够极大降低界面热阻，急剧缩小冷热源接触界面的温差，进而降低高能量密度器件的工作温度。
　　举例来说，CPU和GPU是计算机的主要发热部件，而这种材料可以降低CPU/GPU的工作温度，从而让计算机更安全稳定地运行。
　　从另一个角度来看，在不改变制冷部件的情况下，可以在原有的工作温度范围内，使用更高功率的CPU/ GPU，抑或对原有CPU/GPU进行大幅超频而不会造成过热问题。这一应用有望为智能设备、高能量密度工业设备、可穿戴设备带来一次可观的性能与稳定性升级。
　　目前，研究团队正在优化制备过程，期望实现大面积生产并控制成本，同时也会继续优化材料的性能，为材料的实际应用铺路。 （麻省）