Fig. 1. Schéma du PVA/fBN avec différents couplages SCA. Crédit :CHENG Hua
Une équipe de recherche de l'Institut de Physique du Solide, Hefei Institutes of Physical Science a mené une étude sur la conductivité thermique des composites. Ils ont découvert que la conductivité thermique (TC) du film composite poly(alcool vinylique)/nitrure de bore pouvait être régulée au niveau moléculaire par couplage covalent.
L'amélioration de la TC des composites d'emballage à base de polymères est d'une grande importance pour la gestion thermique de l'électronique. L'interface entre les charges et la matrice polymère est le goulot d'étranglement du transfert de chaleur dans le matériau composite.
La liaison covalente offre des fixations permanentes entre les charges et les polymères, contraindre efficacement la diffusion correspondante des phonons, diminuant ainsi la résistance thermique interfaciale. Cependant, les molécules introduites enroulées sur l'entourage des charges peuvent éventuellement agir comme des barrières thermiques. Ainsi, il est important de clarifier l'effet des agents de couplage au silane (SCA) sur le TC du composite.
Pour s'attaquer au problème, l'équipe a systématiquement étudié l'effet de trois types de SCA sur la CT du poly(alcool vinylique)/nitrure de bore fonctionnalisé (PVA/fBN).
Les résultats ont montré que les molécules SCA à chaîne latérale courte, c'est-à-dire le triéthoxysilane de vinyle et l'orthosilicate de tétraéthyle, augmenté le TC du polymère composite, avec une valeur maximale de 1,636 W/m·K, soit 337,3% de celui du PVA/fBN.
Fig. 2. (a) TC des composites avec différents SCA et différents chargements de SCA, (b) fonction de distribution radiale (RDF) du système PVA-SCA-fBN équilibré. Crédit :CHENG Hua
Fig. 3. (a) Evolution de la température avec le temps écoulé et (b) images thermiques infrarouges des composites avec une charge de 0,007mol de SCA, (c) configuration de la mesure de la température LED et (d) évolution de la température de fonctionnement de la lampe LED avec substrat de film composite (montré dans l'encart) de 0,007 mol de charge SCA. Crédit :CHENG Hua
En revanche, Le 3-glycidoxypropyltriméthoxy silane à longue chaîne latérale a diminué le TC à 54,4% de celui du PVA/fBN.
Intégré aux simulations atomistiques, on peut conclure que le nombre de molécules Si-O-R hydrolysables des SCA affecte le TC du composite PVA-fBN en contrôlant le degré d'auto-condensation des SCA. La longue chaîne latérale des SCA augmente le désordre de la structure moléculaire vicinale, limiter le transfert de phonons.
La relation intrinsèque révélée entre le TC du composite et la structure moléculaire des SCA fournirait une nouvelle perspective pour comprendre le TC régulé par la liaison covalente du système polymère/charge.
Cette étude guidera la conception de matériaux de gestion thermique au niveau moléculaire, soutenir davantage le développement de l'électronique de pointe.
