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一种导热凝胶体系内部微观界面热阻的确定方法
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2023-05-18 11:51:06
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：天津市滨海新区| 宋学姮 | 2023-05-23 10:24:55
一种导热凝胶体系内部微观界面热阻的确定方法，属于高分子材料技术领域。本发明包括：(1)设计标准试样体积分数，制备得到标准试样，同时测定颗粒的粒径分布和导热系数；(2)建立样品的结构模型，以颗粒热导率、颗粒‑基体界面热阻和颗粒‑颗粒界面热阻为输入参数，进行宏观导热系数的高通量计算，对数据进行机器学习，得到定量关系预测模型和模型系数；(3)获得输入参数组合，代入定量关系预测模型中，对导热系数进行预测，筛选与实验测试结果最接近的导热系数所对应的输入参数，即确定了界面热阻。本发明实现了通过宏观计算和测试逆向推导微观参数，成本低，操作简单，获得的数值准确。
1.一种导热凝胶体系内部微观界面热阻的确定方法，其特征在于包括以下步骤：(1)设计有颗粒填充度的标准试样体积分数，依据该设计利用高速搅拌机制备得到标准试样，同时测定颗粒的粒径分布，和标准试样的导热系数；(2)根据上述步骤(1)设计的标准试样体积分数，建立样品的结构模型，基于建立的结构模型，以颗粒热导率、颗粒‑基体界面热阻和颗粒‑颗粒界面热阻为输入参数，对参数范围内参数随机排列组合，进行宏观导热系数的高通量计算，对高通量计算获得的数据进行机器学习，得到输入参数与输出参数即导热系数之间的定量关系预测模型，并得到模型系数；(3)在输入参数范围内选取小间隔的数值，并进行排列组合，获得输入参数组合，代入上述步骤(2)得到的定量关系预测模型中，对输出参数即导热系数进行预测，筛选与实验测试结果最接近的导热系数所对应的输入参数，即确定了界面热阻。
电子封装结构逐渐小型化和高功率化使电子产品产生的热量随之增加，从而严重影响器件的性能和寿命。解决器件散热问题的一种有效的方法就是在芯片和散热器之间填充一层具有高导热系数和良好可压缩性的热界面材料以降低接触热阻。在高分子中添加具有高导热系数的球形颗粒是热界面材料(导热凝胶)最常见的选择，合理的选择填料并调配填料和聚合物基体的比例在学术和工业应用方面都具有重要意义。
在导热凝胶体系中，填充材料和基体之间的界面热阻以及填充材料之间的界面热阻对于体系的宏观热导率有极大的影响。一方面来说，对于导热凝胶材料的配方设计，最有效的方法之一是利用数值模型的方法对其导热特性进行预测和筛选，这就对数值模型的预测准确度提出了很高的要求，需要我们对界面热阻的数值进行精准的测定。另一方面来说，通过界面改性等方法调控导热凝胶体系内部的界面热阻可以有效的提高其导热能力，这也要求我们可以对界面热阻有定量的测定和表征方式。
中国科学院深圳先进技术研究院提升了粤港地区及我国先进制造业和现代服务业的自主创新能力，推动我国自主知识产权新工业的建立，成为国际一流的工业研究院。 深圳先进院目前已初步构建了以科研为主的集科研、教育、产业、资本为一体的微型协同创新生态系统，由九个研究平台，国科大深圳先进技术学院，多个特色产业育成基地、多支产业发展基金、多个具有独立法人资质的新型专业科研机构等组成。开展先进技术研究，促进科技发展。信息、电子、通讯技术研究新材料、新能源技术研究高性能计算、自动化、精密机械研究生物医学与医疗仪器研究相关学历教育、博士后培养与学术交流。
所述的一种导热凝胶体系内部微观界面热阻的确定方法，其特征在于所述26组原型函数表达式是在3个特征中每个特征有3个原型函数的基础上得出的。
任一所述的一种导热凝胶体系内部微观界面热阻的确定方法在准确预测导热凝胶体系中的界面热阻上的应用。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明首次提出将高通量计算、机器学习和简单的实验制备测试相结合的方法对导热凝胶体系中的界面热阻进行测定，实现了通过宏观计算和测试逆向推导微观参数。
2、利用该方法确定体系内的微观界面热阻成本低，操作简单，获得的数值准确。
技术合作
总共得到26组表达式。因为每个特征有3个原型函数，所以每个组合包含多个原型函数表达式。我们再次通过LSR的方法在每个组合中选择前3个表现最好的原型函数。然后，我们将5个特征和上一步中表现最好的原型函数放在一起，再次从中选择前15个表现最佳的原型函数。最后，通过使用curve fit方法(SciPy documentation,n.d.)，我们使用表现最好的15个原型函数来生成预测模型并得到模型系数。
界面热阻的逆向确定
在合理的输入参数区间内以很小的间隔选取数值，并进行排列组合，获得大量的输入参数组合，然后将其带入到上述机器学习方法所获得的模型中，对输出参数(即导热系数)进行预测，筛选和实验测试结果最为接近的输出参数所对应的输入参数，即对界面热阻进行了确定。如图3为本发明技术方案流程图，本发明经过测试，证明可行。
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