低维纳米结构形貌演变对复合界面材料热量输运特性的影响

Thermal interface materials (TIMs) have wide applications in thermal control and thermal management fields, but the low thermal conductivity of TIMs greatly limits its application in chip and high power LED cooling. The shape of thermal conductive component is a key factor influencing the thermal transportation of the composites, but the law of nanostructure morphology influence on the thermal conductivity of TIMs is not yet clear. The project will systematically investigate the influence of the evolution of low dimensional nanostructures on the thermal conductivity of the composites mainly using the experimental method, supplemented by a theoretical study. Experiment part, the influence of evolution of nanostructure morphology themselves on TIMs thermal conductivity, thermal diffusivity, thermal contact thermal resistance and other physical characteristics will be investigated. We will design and guide the preparation process of nano- composite system, real-time monitor the morphology change of low dimensional structures, and establish the relations between the morphology evolution and thermal physical properties. We will design TIMs based on 3D superstructures, which reflect the synergies among the low dimensional structures in order to maximize the enhanced heat transfer properties of low dimensional materials. Theoretical part, molecular dynamics simulation will be used to study the thermal conductivity of nanocomposites containing different shape nanostructure, and a reasonable and effective theoretical model will be established. The project will provide the scientific foundation for the design of TIMs with excellent heat transfer properties.

热界面材料(TIMs)在热控制和热管理方面有广泛的应用，但目前TIMs热导率较低，大大限制了其在芯片散热、高功率LED冷却等领域的应用。导热组份形状是影响复合体系热量输运的关键因素，但纳米结构形貌对TIMs热导率的影响规律尚不明晰。本项目将采用实验为主、理论为辅的方法系统研究低维纳米结构形貌演变对复合体系导热性能的影响。实验方面，研究纳米结构自身形貌演变对TIMs热导率、热扩散率、界面热阻等热物理特性的影响；主动设计并引导纳米复合体系制备过程，实时监控低维结构在复合体系中的形貌变化规律，建立纳米结构形貌演变与热量输运性能间的有机联系；设计基于3D超结构的TIMs，实现低维纳米结构间的协同效应，以最大限度地发挥低维材料的强化传热特性。理论研究方面，采用分子动力学模拟含不同形貌纳米结构复合体系的热导率，建立合理有效的理论模型。本课题将为设计具有优异传热性能的TIMs提供必要的基础性科学依据。

热界面材料(TIMs)在热控制和热管理方面有广泛的应用，但目前TIMs热导率较低，大大限制了其在芯片散热、高功率LED冷却等领域的应用。导热组份形状是影响复合体系热量输运的关键因素，但纳米结构形貌对TIMs热导率的影响规律尚不明晰。本项目采用实验为主、理论为辅的方法系统研究低维纳米结构形貌演变对复合体系导热性能的影响，建立了纳米结构形貌演变与热量输运性能间的有机联系。目前，本项目已发表研究论文28篇，其中SCI收录（第一标注）20篇，EI收录2篇，核心期刊1篇，申请发明专利且已获得授权5项，培养研究生8名，其中三名同学获得国家奖学金，一名研究生在国际应用技术创新大赛中获得一等奖，一名研究生荣获“王补宣-过增元青年优秀口头论文二等奖”。论文的总引用次数为337次，其中两篇文章入选ESI高被引论文，分别获得了160次和86次引用。项目负责人应邀在2015年中国国际石墨烯创新大会作了主题报告。参加了国际传热大会，并担任第十五届国际传热大会Section Chair。参加了The 3th International Conference on Power and Renewable Energy，并担任会议的Program Co-chair。组织了2018年微纳尺度传热及热物性青年学术论坛，并获得不错的反响。项目负责人获得“上海曙光学者”荣誉称号，获聘中国工程热物理学会传热传质分会青年委员会委员，获聘国际期刊ES Energy & Environment执行副主编。项目成果“微纳尺度材料热控技术及其应用”荣获2018 年中国产学研合作创新成果奖优秀奖。