“变沙为宝”——向散热问题Say  No！

材料牛注：你是否还在烦恼手机变成“烫手山芋”？你是否还在恐惧玩游戏时笔记本“发烧”到90度？——看二氧化硅复合材料怎么解决散热问题。

科学家们设计出一种新型“沙”—— 由二氧化硅纳米粒子组成，表面包覆着高分子聚合物，它价格低廉，并且可以实现大功耗电子设备的冷却。

研究人员表示，拥有独特表面性能的高分子二氧化硅纳米复合材料比现有的热沉材料具有更高的潜在导热效率。这一现象背后的物理理论十分复杂，涉及到共同作用的微小二氧化硅颗粒表面产生的纳米电磁效应。

基于现在的研究结果，我们最基本地可以开发出潜在的一类高热导率材料，用于电力电子设备、LED和其他具有高热通量应用领域的散热。“我们首次展示了采用绝缘的纳米粒子填充基础层，在其表面设计一种如水、或乙二醇一样的高介电常数的介质，使纳米粒子与介质产生强烈的光电耦合，这样就把二氧化硅纳米粒子层变成了导体。” 佐治亚理工学院的一位副教授Baratunde Cola透露。

“利用纳米粒子的集体表面电磁效应，其热导率可以增加20倍，这使它可以作为散热材料。” Cola提到。

研究人员决定先尝试使用水层包覆纳米粒子，将二氧化硅粒子纳米层转变为导体。然而，水涂层结合力不佳，所以研究人员转向研究乙二醇——一种广泛作为汽车防冻剂的液体。这一新的复合材料的导热系数达到了约1W/(m·K)，增加了20倍，远高于单一的乙二醇或者二氧化硅的导热系数，并且该复合材料价格低廉，与其他昂贵的高分子复合散热材料相比很有竞争力。

Cola说，“你可以将乙二醇/二氧化硅纳米材料应用在电子设备当中，这样它就可以成为有用的散热材料，并且不会发生漏电现象。同时该材料价格低廉并且使用方便。”

虽然乙二醇效果很好，但是它终究会挥发掉。出于这个原因，Cola计划采用可以被二氧化硅纳米粒子吸附的高分子材料作为更加稳固的涂层来使复合材料具有合理的产品寿命。具体的复合效果取决于二氧化硅纳米粒子的共同作用。

Cola最后表示：“我们基本从宏观上解释了纳米尺度效应。”

该项研究的成果发表在近期的Materials Horizons杂志上。

原文链接：Scientists engineered 'sand' that can cool electronic devices

本文由编辑部杨洪期提供素材，罗春兰编译，薛文嘉审核，点我加入材料人编辑部。