Morphology-Controllable Liquid Metal/Diamond Sandwich-Structured Thermal Interface Material toward High-Efficiency Thermal Management

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作者
Xingye Wang,Yandong Wang,Bin Yang,Yingying Guo,Kang Xu,Zhenbang Zhang,Rongjie Yang,Jianxiang Zhang,Boda Zhu,Yue Qin,Yiwei Zhou,Linhong Li,Maohua Li,Tao Cai,Kazuhito Nishimura,Cheng‐Te Lin,Nan Jiang,Wen Dai,Jinhong Yu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c03918
摘要

With the exponential growth of AI computing power, the power density of electronic devices has exceeded 1 kW/cm2, rendering traditional thermal management materials insufficient to handle the challenges of high heat flux density. Developing thermal interface materials (TIMs) with both high thermal conductivity (≥10 W m-1 K-1) and interface compatibility is crucial. This study introduces a dual-level interface engineering strategy, constructing a thermally conductive adhesive layer with low interfacial thermal resistance (4 K mm2 W-1) and excellent electrical insulation properties (2.25 × 1013 Ω cm) through the incorporation of liquid metal (LM) microspheres (average particle size: 6.4 μm) and micron-sized diamond blending. By combining shear-induced in situ formation of a nanoscale gallium oxide interfacial layer with gradient rotational speed control, a three-dimensional continuous thermal conductive network composite material was successfully fabricated, achieving an ultrahigh thermal conductivity of 237.9 W m-1 K-1. The "sandwich" packaging structure effectively mitigates the risk of LM leakage. When applied to high-power devices, the surface temperature of the heat source decreases by up to 69% compared to without TIMs. Further development of the through-plane heat transfer and in-plane waste heat conversion device allows the conversion of waste heat into a stable voltage output of 7.35 V. This marks the successful transition of TIMs from heat dissipation to energy regeneration functionality. This study presents material solution for high-power electronic thermal management and advances the practical application of LM composite materials.
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