DOI: 10.1016/j.compscitech.2022.109823

为了提高热界面材料（TIM）的导热性，本研究构建了一种双取向支架，即在微观结构中既有取向碳纳米纤维（CNF），又有定向微孔通道，作为TIM的热传导路径。首先通过磁力校准和常规冷冻铸造相结合的方法制备了双取向支架，然后在真空辅助下将双取向支架浸入硅橡胶中，获得双取向支架和硅橡胶（D-AS/SR）的复合材料。通过这种方法，不仅可以充分利用CNFs的高轴向热导率，而且可以制造出长距离连续且平行的结构作为TIM的热传导路径。结果表明，在CNFs含量为7.73vol%时，D-AS/SR复合材料的导热系数达到4.66W/（m·K），这比通过常规冷冻铸造构建的复合材料高1.5倍，比纯硅橡胶高25倍。此外，D-AS/SR复合材料的抗压强度大大提高，而复合材料的电绝缘性显著降低，这限制了D-AS/SR复合材料在需要良好电绝缘条件下的使用。

图1.D-AS/SR复合材料的方案说明。

图2.（a）D-AS的数字图像和（b）SEM图像。

图3.（a）AS和（b）D-AS的SEM图像。

图4.（a,b）AS和D-AS支架中CNFs排列的SEM图像。（c）AS和D-AS的平均CNF对准率。

图5.（a）D-AS/SR复合材料的数字图像和（b,c）SEM图像。

图6.不同CNFs体积分数的复合材料的导热系数。

图7.（a）AS/SR复合材料和（b）D-AS/SR复合材料厚度方向的传热示意图。

图8.不同CNFs体积分数的复合材料的导热系数增强（η）。

图9.（a）复合材料的光学照片和红外热图像；以及（b）平均表面温度。

图10.复合材料的TGA曲线。

图11.复合材料的抗压强度。

图12.复合材料的电阻率。