[发明专利]多孔夹层自封装式液态金属相变界面材料及其制备方法和使用方法

说明书

本发明提供多孔夹层自封装式液态金属相变界面材料及其制备方法和使用方法，自下至上依次包括多孔金属层、低熔点合金、柔性金属衬底、低熔点合金和多孔金属层；所述多孔金属层为开设有多个贯穿孔的金属箔片；所述低熔点合金包括铟、锡、铋和镓中的两种或者两种以上的金属元素。本发明液态金属相变界面材料导热性能好，具有柔性、弹性特征，成本低，制作简易。

技术领域

本发明属于电子热管理领域的热传导强化领域，涉及金属基相变界面材料，尤其涉及多孔夹层自封装式液态金属相变界面材料及其制备方法和使用方法。

背景技术

热管理领域主要研究各种电子设备的安全散热方式、散热设备及散热材料等。在散热过程中，热源或散热器表面会存在凹凸不平的情况，即不同固体表面粗糙度不同，因此，在两个固体表面接触界面存在空气间隙(导热系数0.025W/cm²)，使界面接触热阻升高，导致热量难以自热源有效传递至散热器件。热界面材料可用于涂敷在散热器件与热源之间的连接表面，能有效降低接触热阻并提高散热效率。

目前市场上的热界面材料，包括导热硅脂、导热凝胶、导热垫等且均为固体或使用后凝结为固体的导热材料，以上热界面材料导热系数较低，大多不超过6W/(m·K)。随着5G技术及未来6G技术的发展趋势，热源的功率密度增加，以上热界面材料导热系数低，且仅适用于表面硬度较大、无形变特征的热源表面，已不能满足高密度大功率电子元器件和柔性热源的散热技术需求。液态金属(低熔点合金2)具有柔软特性，导热系数高等优势，是下一代热界面材料的优先选择。

然而，液态金属具有流动性和腐蚀性，液态金属热界面材料在实际应用过程中，存在当工作温度达到液态金属熔点后熔融液态金属容易溢出，导致电子元器件短路问题，限制了其大规模商业应用。针对这一问题，有专利(CN107053786A)提出通过采用三层液态金属结构，即中间层热熔比上下层大，以解决液态金属泄露问题。但是，此方法材料表面熔化层厚度极小，且为局部熔化，其散热效率并不高，并且在热流密度范围过高容易导致材料永久失效。此外，也有部分研究提出采用纳米多孔铜、泡沫金属、金属网格、防泄漏边框等材料与液态金属结合制备复合液态金属热界面材料，以解决液态金属泄露问题。但是，此类方法采用的泡沫金属材料成本高、厚度较厚、柔性不佳，无法满足薄和柔性，且实际应用中接触热阻高；纳米多孔铜材料制备繁琐，成本高，不利于实际生产使用；金属网格材料金属丝编织，孔隙密度与丝网厚度需关联考虑，两个变量很难同步调控；防泄漏边框材料提高导热效果有限，且使用过程不能裁剪，局限性较大。

因此，针对液态金属热界面材料亟待开发一种防溢出性能优越，导热性能好，具有柔性、弹性特征，并且可有效连接两侧固体界面降低接触热阻，即受热后发生相变可充分排出固体界面间空气的多孔夹层自封装式液态金属相变界面材料。

发明内容

为了解决上述现有技术的问题，本发明提供多孔夹层自封装式液态金属相变界面材料及其制备方法和使用方法，液态金属相变界面材料导热性能好，具有柔性、弹性特征，成本低，制作简易。

本发明通过以下技术方案实现：

多孔夹层自封装式液态金属相变界面材料，自下至上依次包括多孔金属层、低熔点合金、柔性金属衬底、低熔点合金和多孔金属层；所述多孔金属层为开设有多个贯穿孔的金属箔片；所述低熔点合金包括铟、锡、铋和镓中的两种或者两种以上的金属元素。

优选的，所述柔性金属衬底为铜箔、铟箔、铋箔、锡箔、铝箔和银箔中的一种。

优选的，所述金属箔片为铜箔、铟箔、铋箔、锡箔、铝箔和银箔中的一种。

优选的，所述多孔金属层上多个贯穿孔呈阵列式排布且各贯穿孔的孔径一致。

优选的，所述多孔金属层和柔性金属衬底的厚度均为0.01-0.1mm。

优选的，所述低熔点合金与柔性金属衬底之间设有表面活性剂。