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发布日期: 2024/05/15 开发像金属一样传热的绝缘体橡胶片 -实现柔软的热管理材料，有助于各种电子器件的散热- 发表要点 通过在橡胶的原料中使用环动高分子，在维持橡胶弹性的同时，实现了在厚度方向上的金属热传导率。 通过脉冲交流电场增大电场强度和抑制凝胶化反应，成功实现了绝缘体填料的面直定向。 期待应用于以柔性器件为首的各种电子器件用的热层间材料等。 概要图
图2氮化硼填料复合橡胶片导热系数 将平均粒径为7 μm和0.2 μm两种填料以9∶1的比例、以合计65重量%的浓度复合化。 (左)使构成聚轮烷的高分子交联时不施加电场的情况。 由于平板上填料自然地在片材面内取向并层叠，因此面内方向热传导率显示为厚度方向的2倍以上的值。 (右)使高分子交联时施加脉冲交流电场时。 厚度方向的热传导率为面内方向的3倍左右，各向异性发生了变化。 同时，该片的杨氏模量为58 MPa，显示出橡胶水平的低值，体积电阻率为1.9×1011 Ωcm，是电绝缘体。 相对于以前发表的复合材料(参照相关信息)，在维持低杨氏模量的同时，实现了在片材厚度方向上高1位数的热传导率，是与现有材料不同的新区域的材料、金属一样传热的绝缘体橡胶片(图3 )。 可以期待应用于很多电子器件散热的新型热层间材料的实用化。
图3杨氏模量与导热系数的关系 传统工业材料与此次橡胶复合片材的比较。 (以M. F. Ashby，and Y. J. M. Brechet，Act. Mater .，2003，51，5801为参考绘图) <今后的展望> 今后将进一步优化填料的电场取向条件和复合化条件，以提高导热性和柔软性。 与企业共同进行提高热层间材料的实用性能和耐久性的研究，以作为散热片的实用化为目标。 〇相关信息: 产业技术综合研究所东京大学新闻发布会“开发具有高散热性能的橡胶复合材料”( 2018/3/6 ) https://www.aist./aist _ j/press _ release/pr 2018 03 06/pr 2018 03 06.html 发表者、研究者等信息 东京大学研究生院新领域创建科学研究科物质系专业 长谷川瑠伟硕士课程 兼:产业技术综合研究所尖端操作数测量技术开放式创新实验室研究助理 井上健一研究当时:博士课程 现:名古屋大学低温等离子科学研究中心特别研究员 宗冈均助教 伊藤刚仁副教授 伊藤耕三研究当时:教授 现:东京大学特别教授 寺嶋和夫教授 兼:产业技术综合研究所尖端操作数测量技术开放创新实验室特定流程 产业技术综合研究所尖端操作数测量技术开放创新实验室 桐原和大主任研究员 伯田幸也实验室主任 产业技术综合研究所纳米材料研究部门 清水祯树部长 论文信息 杂志名称: Composites Part A 标题:电子文件辅助结构of metal-class thermal-conductive and elastomer-class-flexible composites comprision 作者名称:长谷川瑠伟*、井上健一、宗冈均、伊藤刚仁、桐原和大、清水祯树、伯田幸也、伊藤耕三、寺嶋和夫* doi:10.1016/j.compositesa.2024.108197 URL:https:///10.1016/j.compositesa.2024.108197 研究资助 本研究是在科研费“基础研究( a ) (课题编号: 21H04450，令和3~令和6年度)”、“基础研究( b ) (课题编号: 16H04506，平成28~平成30年度)”的支持下实施的。 用语解说 (注1 )尖端操作数测量技术开放式创新实验室 平成28年6月1日，在东大柏校园内设立了产总研和东大的研究据点。 结合相互的种子技术，以构筑产学官网络成为“桥梁”为目的，加强基础研究，进行利用尖端操作数测量技术的生物功能性材料、新材料、创新设备等的产业化、实用化的研究开发。 (注2 )氮化硼( BN ) 由氮和硼组成的化合物。 六方氮化硼被用作固体润滑剂。 是电气绝缘体，显示出高热传导率( 392 W/mK (20 ℃) )。 (注3 )填料 为了提高机械强度和功能性而添加到塑料(树脂)、橡胶、涂料等中的物质。 (注4 )环动高分子 环动高分子是由环状分子和直链高分子(聚乙二醇等)构成的高分子，环状分子在直链高分子上“运动”，因此称为“环动”高分子。 环状分子是指具有有孔的环状结构的分子。 代表性的环状分子有环糊精。 (注5 )聚轮烷( PR ) 由直链聚乙二醇和多个环状环糊精构成的项链状超分子的一种。 由大阪大学原田明教授等人开发。 东京大学伊藤耕三教授(研究当时)等人以此为基础开发了像橡胶一样伸缩的凝胶。 (注6 )复合化 指将两种以上的材料(如金属和橡胶)组合，使材料具有单独原材料所没有的功能或性能。 (注7 )水下等离子体技术 在水溶液中设置的电极之间施加高电压，或照射脉冲激光，在水溶液中产生的等离子体。 可以将无机填料分散在水中，通过水中等离子体向分散在水中无机填料的表面赋予来自水的羟基。 (注8 )热层间材料 用于两种材料(例如发热器件和散热器)的接合部，提高材料间热传导性的材料。 为了填补材料间的微小间隙和凹凸，高效传热，要求高柔软性、加工性、热传导性。 (注9 )杨氏模量 材料硬度的指标。 材料应力-应变曲线弹性区的应力和应变比例常数，越大表示材料越硬。 (注10 )超分子 多个分子通过共价键以外的相互作用(氢键、配位键、范德华力等)结合而形成的集合体。 |
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BN填料定向的高导热性橡胶片(左图)和此次的技术要点
概要
图1橡胶复合材料中BN填料(平均粒径7μm )的电场取向和结构评价结果
(左图) x射线衍射图案。 表示在没有施加电场的情况下，大的( 002 )面的峰强度因电场施加而变小，同时，( 100 )面和( 101 )面的峰强度变大，平板状填料在厚度方向取向。
(中央)氮化硼填料与高分子复合化的示意图。 相对于未施加电场(下)，通过施加脉冲交流电场的厚度方向可以实现填料取向。
(右图) X线CT影像。 可以确认黑色氮化硼填料在电场施加方向上对齐的图像。
以往的正弦波交流电场施加中，曾报告填料浓度为30重量%以上时取向困难，但此次脉冲交流电场施加中，即使是全球高水平的最大65重量%也能显示出取向。 实际上，施加脉冲交流电场的氮化硼填料和橡胶的复合片中，厚度方向的热传导率显示出了与金属一样高的11 W/mK的值(图2 )。
