一、背景介紹

    碳納米管（CNTs）因其卓越的導熱性、機械柔韌性和在高溫下的化學穩定性，在下一代熱界面材料（TIMs）中展現出巨大潛力。垂直排列的CNTs聚集體，稱為CNT森林，CNT森林由許多柔韌的細纖維組成，這些纖維垂直排列并很好地粘附在接觸材料上。然而，在與散熱器的界面上，模擬和實驗表明，由于聲子相互作用的顯著不匹配，碳和金屬材料之間的界面熱阻很高。

    二、成果掠影

    近日，靜岡大學Yoku Inoue團隊通過瞬態熱響應測量和結構函數分析，研究了垂直排列的高密度碳納米管及其與金屬散熱器界面的熱阻。在碳納米管中，熱傳導主要由聲子（聲子）主導，而在金屬中則由電子主導。這種熱載流子的差異在簡單的接觸條件下會在碳納米管/金屬界面處造成顯著的能量傳輸障礙。團隊證明了在碳納米管尖端形成鋁帽層，作為聲子橋接層，可以有效地增強界面處的聲子-電子耦合。這種方法顯著降低了界面熱阻，為優化先進熱界面材料應用中的熱傳導提供了潛在的途徑。研究成果以“Enhancing thermal conduction properties of vertically aligned CNT forests by reducing interfacial thermal resistance using an aluminum interlayer”為題發表在《Carbon》期刊。

圖1.用于熱分析的獨立碳納米管（CNT）森林樣品的制作示意圖。 

圖2.瞬態熱響應和結構函數的熱分析。（a）測量系統。（b）測量系統的熱等效梯形電路。（c）冷卻過程中的瞬態熱響應和（d）熱電偶（TEG）-冷板配置的結構函數曲線。

圖3.碳納米管尖端的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像：（a）蝕刻前，（b）蝕刻后，（c）碳納米管森林的分離表面（插圖：碳納米管森林從硅基底上移除），以及（d）涂有20納米鋁層的碳納米管尖端

圖4.碳納米管-不銹鋼（SUS）界面結合配置的示意圖。

圖5.a）熱阻和（b）不同鋁沉積厚度在尖端處的碳納米管森林的典型熱結構函數。

圖6.（a）熱阻和（b）在各種接觸壓力下測量的50納米鋁帽層碳納米管森林的代表性熱結構函數

圖7. 碳納米管/金屬界面的熱載流子傳輸模型。