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技術 サーマルインターフェースマテリアルならびにそれを含む組成物、システムおよび装置

出願人 エイディエイテクノロジーズインコーポレイテッド
発明者 アーズバーガー、スティーブンシー.ナーハ、サヤンデブキャンベル、ダグラス
出願日 2012年4月16日 (8年8ヶ月経過) 出願番号 2014-505408
公開日 2014年5月29日 (6年7ヶ月経過) 公開番号 2014-513179
状態 特許登録済
技術分野 高分子組成物 熱効果発生材料
主要キーワード 自動車エレクトロニクス 熱エネルギー移動 パワーエレクトロニクス部品 有機金属高分子 境界抵抗 形状グラフ 熱抵抗モデル パワーエレクトロニクスシステム
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図面 (20)

課題・解決手段

本開示は、一般的には、熱伝導性ポリマー複合材料に関し、特に、サーマルインターフェースマテリアルに関する。

概要

背景

熱的な影響は、より高出力、より高い機能密度、および増大する苛酷な環境での操作能力を要求する大抵の用途における共通の律速段階になっている。熱放散できないことが、熱負荷の一因となり、機能範囲を制限し、早期故障に繋がる可能性がある。さらに、一部の用途では、熱放散は、スペース要件により制限される。熱源ヒートシンク放熱器の間の連続的熱導電性パスを確保するのを支援できという理由から、サーマルインターフェースマテリアルは、熱管理システムに不可欠の要素である。熱伝導性ポリマー含有材料は、多くの設計を単純化する可能性がある。このように、熱伝導性ポリマー含有材料の開発に対するニーズがある。

概要

本開示は、一般的には、熱伝導性ポリマー複合材料に関し、特に、サーマルインターフェースマテリアルに関する。

目的

先の記述は、本開示の種々の実施形態のうちの一部の態様の理解を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

請求項2

細長い熱伝導性粒子が、約20容量%を超えない程度の組成物を含み、細長い熱伝導性粒子が、少なくとも約25:1の平均アスペクト比を有する請求項1に記載の組成物。

請求項3

アスペクト比が、約40:1より大きい請求項1に記載の組成物。

請求項4

アスペクト比が、約100:1より大きい請求項1に記載の組成物。

請求項5

細長い熱伝導性粒子が、約0.1〜約500ナノメートル平均直径および厚さのうちの少なくとも1つを有する請求項1に記載の組成物。

請求項6

細長い熱伝導性粒子が、約10〜約1,000ミクロン(μm)の平均長さを有する請求項1に記載の組成物。

請求項7

パーコレーションネットワークが、三次元ネットワークであり、細長い熱伝導性粒子が、マトリックス材料全体にわたり等方向的に分布している請求項1に記載の組成物。

請求項8

伝導性パーコレーションネットワークが、複数の低抵抗経路を有し、低抵抗経路が、低熱境界抵抗を有する請求項1に記載の組成物。

請求項9

パーコレーションネットワークを形成する少なくとも一部の細長い熱伝導性粒子が、細長い熱伝導性粒子当たり、少なくとも2つの低抵抗経路を有し、少なくとも2つの低抵抗経路が、1つの細長い熱伝導性粒子と少なくとも2つの他の細長い熱伝導性粒子の間にある請求項1に記載の組成物。

請求項10

伝導性パーコレーションネットワークが、熱伝導性である請求項1に記載の組成物。

請求項11

組成物が、少なくとも約2Wm−1K−1の熱伝導率を有する請求項1に記載の組成物。

請求項12

伝導性パーコレーションネットワークが、電荷キャリアおよびフォノン伝導性ネットワークの一方または両方を含む請求項1に記載の組成物。

請求項13

マトリックス材料が、少なくとも約80容量%の組成物を含む請求項1に記載の組成物。

請求項14

マトリックス材料が、有機材料有機高分子材料無機材料無機高分子材料セラミックス有機金属材料高分子有機金属材料およびこれらの組み合わせ、から本質的に構成される群から選択される請求項1に記載の組成物。

請求項15

請求項16

細長い熱伝導性粒子が、金属ナノワイヤ金属黒ナノチューブ被覆された細長い粒子、および、これらの組み合わせおよびこれらの混合物のうちの少なくとも1つ、から本質的に構成される群から選択される請求項1に記載の組成物。

請求項17

被覆された細長い粒子が、被覆カーボンナノチューブ、被覆グラフェンシート、被覆された細長い黒鉛粒子およびこれらの混合物から本質的に構成される群から選択される請求項16に記載の組成物。

請求項18

被覆された細長い粒子が、Ge、Si、Ga、As、In、Sb、Bi、Te、Cd、S、Cd、Se、Hg、P、In、Pb、Te、Hg、Te、Sn、Pb、In、Cu、Ag、Au、これらのうちの2つの元素の任意の原子比率での組み合わせ、これらのうちの3つの元素の任意の原子比率での組み合わせ、およびこれらのうちの他の組み合わせの1つまたは複数を含むコーティング材料で被覆される請求項16に記載の組成物。

請求項19

コーティングが、短い電子フォノン結合長さを有する請求項18に記載の組成物。

請求項20

コーティングが、約10−2cmを超えない程度の電子フォノン結合長さを有する請求項18に記載の組成物。

請求項21

金属黒鉛ナノチューブおよび被覆カーボンナノチューブの片方または両方が、単層カーボンナノチューブ二層カーボンナノチューブ少数層カーボンナノチューブ、および多層カーボンナノチューブのうちの少なくとも1つ、または単層および多層カーボンナノチューブの混合物のうちの1つを含む請求項17に記載の組成物。

請求項22

短い電子フォノン結合長さを有するコーティングで被覆されたカーボンナノチューブを含む伝導性パーコレーションネットワークを含み、被覆カーボンナノチューブがマトリックス材料全体にわたり等方的に分散しており、被覆カーボンナノチューブが約20容量%を超えない程度の組成物を含む組成物。

請求項23

被覆ナノチューブが、少なくとも約25:1の平均アスペクト比を有し、パーコレーションネットワークが三次元ネットワークであり、少なくとも一部のパーコレーションネットワークを形成する被覆ナノチューブが被覆ナノチューブ当たり少なくとも2つの低抵抗経路を有し、少なくとも2つの低抵抗経路が1つの被覆ナノチューブおよび少なくとも2つの他の被覆ナノチューブの間にある請求項22に記載の組成物。

請求項24

組成物が、少なくとも約2Wm−1K−1の熱伝導率を有する請求項22に記載の組成物。

請求項25

伝導性パーコレーションネットワークが、電荷キャリアネットワークおよびフォノン伝導性ネットワークの片方または両方を含み、マトリックス材料が、少なくとも約80容量%の組成物を含む請求項22に記載の組成物。

請求項26

マトリックス材料が、有機材料、有機高分子材料、無機材料、無機高分子材料、セラミックス、有機金属材料、高分子有機金属材料およびこれらの組み合わせから本質的に構成される群から選択される請求項1に記載の組成物。

請求項27

有機高分子材料が、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリビニル、ポリアクリル酸、ポリハロオレフィン、ポリジエン、ポリオキシド/エーテル/アセタール、ポリスルフィド、ポリエステル/チオエステル、ポリアミド/チオアミド、ポリウレタン/チオウレタン、ポリウレア/チオウレア、ポリイミド/チオイミド、ポリ酸無水物/チオ酸無水物、ポリカーボネート/チオカーボネート、ポリイミン、ポリケトン/チオケトン、ポリスルホン/スルホキシド/スルホン酸塩/スルホンアミド、ポリフェニレンのホモポリマー、ブロック共重合体、高分子混合物およびブレンド、高分子合金、ならびに共重合体、ならびにこれらの混合物から本質的に構成される群から選択される請求項26に記載の組成物。

請求項28

マトリックス材料に全体にわたり分布した細長い熱伝導性粒子を有する伝導性パーコレーションネットワークを含む複合材料を含むシステムであって、マトリックス材料が第1と第2の表面の間に配置されているシステム。

請求項29

細長い熱伝導性粒子が、金属ナノワイヤ、金属黒鉛ナノチューブ、被覆された細長い粒子、および、これらの組み合わせおよびこれらの混合物のうちの少なくとも1つ、から本質的に構成される群から選択され、下記のうちの少なくとも1つが真である請求項28に記載のシステム:i)細長い熱伝導性粒子が、20容量%を超えない程度の複合材料を含む;ii)細長い熱伝導性粒子が、少なくとも約25:1の平均アスペクト比を有する;iii)細長い熱伝導性粒子が、約0.1〜約500ナノメートルの平均直径および厚さのうちの少なくとも1つを有する;およびiv)細長い熱伝導性粒子が、約10〜約1,000ミクロン(μm)の平均長さを有する。

請求項30

被覆された細長い粒子が、Ge、Si、Ga、As、In、Sb、Bi、Te、Cd、S、Cd、Se、Hg、P、In、Pb、Te、Hg、Te、Sn、Pb、In、Cu、Ag、Au、これらのうちの2つの元素の任意の原子比率での組み合わせ、これらのうちの3つの元素の任意の原子比率での組み合わせ、およびこれらのうちの他の組み合わせの1つまたは複数を含むコーティング材料で被覆され、コーティングが、短い電子フォノン結合長さを有し、コーティングが、約10−2cmを超えない程度の電子フォノン結合長さを有する請求項29に記載のシステム。

請求項31

マトリックス材料が、少なくとも約80容量%の複合材料を含み、マトリックス材料が、有機材料、有機高分子材料、無機材料、無機高分子材料、セラミックス、有機金属材料、高分子有機金属材料およびこれらの組み合わせから本質的に構成される群から選択される請求項28に記載のシステム。

請求項32

有機高分子材料が、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリビニル、ポリアクリル酸、ポリハロオレフィン、ポリジエン、ポリオキシド/エーテル/アセタール、ポリスルフィド、ポリエステル/チオエステル、ポリアミド/チオアミド、ポリウレタン/チオウレタン、ポリウレア/チオウレア、ポリイミド/チオイミド、ポリ酸無水物/チオ酸無水物、ポリカーボネート/チオカーボネート、ポリイミン、ポリケトン/チオケトン、ポリスルホン/スルホキシド/スルホン酸塩/スルホンアミド、ポリフェニレンのホモポリマー、ブロック共重合体、高分子混合物およびブレンド、高分子合金、ならびに共重合体、ならびにこれらの混合物から本質的に構成される群から選択される請求項31に記載のシステム。

請求項33

パーコレーションネットワークが、三次元ネットワークであり、伝導性パーコレーションネットワークが複数の低抵抗経路を有し、さらに、低抵抗経路が低熱境界抵抗を有し、少なくとも一部のパーコレーションネットワークを形成する細長い熱伝導性粒子が細長い熱伝導性粒子当たり少なくとも2つの、低抵抗経路を有し、少なくとも2つの低抵抗経路が、1つの細長い熱伝導性粒子および少なくとも2つの他の細長い熱伝導性粒子の間にある請求項28に記載のシステム。

請求項34

伝導性パーコレーションネットワークが熱伝導性であり、複合材料が少なくとも約2Wm−1K−1の熱伝導率を有し、伝導性パーコレーションネットワークが電荷キャリアおよびフォノン伝導性ネットワークの片方または両方を含む請求項28に記載のシステム。

請求項35

パワーエレクトロニクスシステム絶縁ゲートバイポーラトランジスタコンピュータシステム集積回路チップ中央処理装置集積回路フィールドプログラマブルゲートアレーグラフィックスプロセシングユニットマイクロプロセッサグリッドアレイフリップチップボールグリッドアレイ光電池トランジスタオーディオアンプヒートパイプジョイント進行波管増幅器パワーエレクトロニクス部品遠隔操作航空機無人飛行体超小型飛行体、F−22航空機システム、F−35航空機システム、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ指向性エネルギー兵器固体レーザーシステム、高電圧電子部品システム、レーザーシステムソリッドステートリレー高出力レーザーシステム、高出力レーダーシステム、高出力車両ラジエータシステム、相補型金属酸化膜半導体システム、電気通信システム能動センシングシステム、画像処理システムLE固定システム電気および電子部品用ハウジングおよび筐体システムのうちの少なくとも1つ、電気コネクタシステム自動車用アンダフード冷却システム、高性能車両用ラジエータエンドキャップシステム、燃料ポンプシステム高温流体輸送用パイプおよび管システムのうちの少なくとも1つ、電気自動車のIGBT/CMOS冷却適用システムキャパシタシステムウルトラキャパシタシステム、熱伝導性接着剤システム、およびこれらの組み合わせのうちの1つを含む請求項28に記載のシステム。

請求項36

第1の表面が、第2の表面より高い温度である請求項28に記載のシステム。

請求項37

第2の表面が、ヒートシンクヒートスプレッダまたはこれらの組み合わせのうちの少なくとも1つであり、第1の表面が下記のうちの少なくとも1つに属する請求項28に記載のシステム:a)バイポーラトランジスタ;b)銅層;c)トランジスタ基板;d)集積回路プロセッサ;e)中央処理装置;f)集積回路;g)ゲートアレイ;h)グラフィックスプロセシングユニット;i)マイクロプロセッサチップ;j)フリップチップボールグリッドアレイ;k)光電池;l)加熱管;m)進行波管増幅器および進行波管増幅器ハウジング;n)パワーエレクトロニクス部品;o)金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ;p)伝導性ナノコンポジット;q)1つまたは複数の固体レーザー部品ケーシング、およびレーザー駆動高電圧電子部品;r)ソリッドステートリレー;s)高出力電子部品;t)相補型金属酸化膜半導体;u)LED固定部品およびハウジングのうちの少なくとも1つ;v)電気および電子部品のハウジングおよび筐体のうちの少なくとも1つ;w)自動車用部品;およびx)キャパシタおよびウルトラキャパシタ。

請求項38

第1の部品;熱エネルギー放散部品である第2の部品;および第1と第2の部品の間に配置された複合材料;を含む装置であって、複合材料が、マトリックス材料全体にわたり分布した細長い熱伝導性粒子を有する伝導性パーコレーションネットワークを含み、マトリックス材料が第1と第2の部品の間に配置されている装置。

請求項39

細長い熱伝導性粒子が、金属ナノワイヤ、金属黒鉛ナノチューブ、被覆された細長い粒子、および、これらの組み合わせおよびこれらの混合物のうちの少なくとも1つ、から本質的に構成される群から選択され、下記のうちの少なくとも1つが真である請求項38に記載の装置:i)細長い熱伝導性粒子が、20容量%を超えない程度の複合材料を含む;ii)細長い熱伝導性粒子が、少なくとも約25:1の平均アスペクト比を有する;iii)細長い熱伝導性粒子が、約0.1〜約500ナノメートルの平均直径および厚さのうちの少なくとも1つを有する;およびiv)長い熱伝導性粒子が、約10〜約1,000ミクロン(μm)の平均長さを有する。

請求項40

被覆された細長い粒子が、Ge、Si、Ga、As、In、Sb、Bi、Te、Cd、S、Cd、Se、Hg、P、In、Pb、Te、Hg、Te、Sn、Pb、In、Cu、Ag、Au、これらのうちの2つの元素の任意の原子比率での組み合わせ、これらのうちの3つの元素の任意の原子比率での組み合わせ、およびこれらのうちの他の組み合わせの1つまたは複数を含むコーティング材料で被覆され、コーティングが、短い電子フォノン結合長さを有し、コーティングが、約10−2cmを超えない程度の電子フォノン結合長さを有する請求項39に記載の装置。

請求項41

マトリックス材料が、少なくとも約80容量%の複合材料を含み、マトリックス材料が、有機材料、有機高分子材料、無機材料、無機高分子材料、セラミックス、有機金属材料、高分子有機金属材料およびこれらの組み合わせから本質的に構成される群から選択される請求項38に記載の装置。

請求項42

有機高分子材料が、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリビニル、ポリアクリル酸、ポリハロオレフィン、ポリジエン、ポリオキシド/エーテル/アセタール、ポリスルフィド、ポリエステル/チオエステル、ポリアミド/チオアミド、ポリウレタン/チオウレタン、ポリウレア/チオウレア、ポリイミド/チオイミド、ポリ酸無水物/チオ酸無水物、ポリカーボネート/チオカーボネート、ポリイミン、ポリケトン/チオケトン、ポリスルホン/スルホキシド/スルホン酸塩/スルホンアミド、ポリフェニレンのホモポリマー、ブロック共重合体、高分子混合物およびブレンド、高分子合金、ならびに共重合体、ならびにこれらの混合物から本質的に構成される群から選択される請求項34に記載の装置。

請求項43

パーコレーションネットワークが、三次元ネットワークであり、伝導性パーコレーションネットワークが複数の低抵抗経路を有し、さらに、低抵抗経路が低熱境界抵抗を有し、少なくとも一部のパーコレーションネットワークを形成する細長い熱伝導性粒子が細長い熱伝導性粒子当たり少なくとも2つの低抵抗経路を有し、少なくとも2つの低抵抗経路が、1つの細長い熱伝導性粒子および少なくとも2つの他の細長い熱伝導性粒子の間にある請求項38に記載の装置。

請求項44

伝導性パーコレーションネットワークが熱伝導性であり、複合材料が少なくとも約2Wm−1K−1の熱伝導率を有し、伝導性パーコレーションネットワークが電荷キャリアおよびフォノン伝導性ネットワークの片方または両方を含む請求項38に記載の装置。

請求項45

装置が下記のうちの1つの熱界面部品である請求項38に記載の装置:パワーエレクトロニクスシステム、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、コンピュータシステム、集積回路チップ、中央処理装置、集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレー、グラフィックスプロセシングユニット、マイクロプロセッサグリッドアレイ、フリップチップボールグリッドアレイ、光電池、トランジスタ、オーディオアンプ、ヒートパイプジョイント、進行波管増幅器、パワーエレクトロニクス部品、遠隔操作航空機、無人飛行体、超小型飛行体、F−22航空機システム、F−35航空機システム、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ、指向性エネルギー兵器、固体レーザーシステム、高電圧電子部品システム、レーザーシステム、ソリッドステートリレー、高出力レーザーシステム、高出力レーダーシステム、高出力車両ラジエータシステム、相補型金属酸化膜半導体システム、電気通信システム、能動センシングシステム、画像処理システム、LED固定システム、電気および電子部品用のハウジングおよび筐体システムのうちの少なくとも1つ、電気コネクタシステム、自動車用アンダフード冷却システム、高性能車両用ラジエータエンドキャップシステム、燃料ポンプシステム、高温流体輸送用のパイプおよび管システムのうちの少なくとも1つ、電気自動車のIGBT/CMOS冷却適用システム、キャパシタシステム、ウルトラキャパシタシステム、熱伝導性接着剤システム、およびこれらの組み合わせ。

請求項46

第2の部品が、ヒートシンク、ヒートスプレッダまたはこれらの組み合わせのうちの少なくとも1つであり、第1の部品が下記のうちの少なくとも1つである請求項38に記載の装置:a)バイポーラトランジスタ;b)銅層;c)トランジスタ基板;d)集積回路プロセッサ;e)中央処理装置;f)集積回路;g)ゲートアレイ;h)グラフィックスプロセシングユニット;i)マイクロプロセッサチップ;j)フリップチップボールグリッドアレイ;k)光電池;l)加熱管;m)進行波管増幅器および進行波管増幅器ハウジング;n)パワーエレクトロニクス部品;o)金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ;p)伝導性ナノコンポジット;q)1つまたは複数の固体レーザー部品、ケーシング、およびレーザー駆動高電圧電子部品;r)ソリッドステートリレー;s)高出力電子部品;t)相補型金属酸化膜半導体;u)LED固定部品およびハウジングのうちの少なくとも1つ;v)電気および電子部品のハウジングおよび筐体のうちの少なくとも1つ;w)自動車用部品;およびx)キャパシタおよびウルトラキャパシタ。

請求項47

短い電子フォノン結合長さの材料の全体にわたり分布した細長い熱伝導性粒子を有する伝導性パーコレーションネットワークを含む組成物。

請求項48

細長い熱伝導性粒子が、約20容量%を超えない程度の組成物を含み、細長い熱伝導性粒子が、少なくとも約25:1の平均アスペクト比を有する請求項47に記載の組成物。

請求項49

Ge、Si、Ga、As、In、Sb、Bi、Te、Cd、S、Cd、Se、Hg、P、In、Pb、Te、Hg、Te、Sn、Pb、In、Cu、Ag、Au、これらのうちの2つの元素の任意の原子比率での組み合わせ、これらのうちの3つの元素の任意の原子比率での組み合わせ、およびこれらのうちの他の組み合わせの1つまたは複数を含む短い電子フォノン結合長さ材料を含む請求項47に記載の組成物。

技術分野

0001

本開示は、一般的には、熱伝導性ポリマー複合材料に関し、特に、サーマルインターフェースマテリアルに関する。

背景技術

0002

熱的な影響は、より高出力、より高い機能密度、および増大する苛酷な環境での操作能力を要求する大抵の用途における共通の律速段階になっている。熱放散できないことが、熱負荷の一因となり、機能範囲を制限し、早期故障に繋がる可能性がある。さらに、一部の用途では、熱放散は、スペース要件により制限される。熱源ヒートシンク放熱器の間の連続的熱導電性パスを確保するのを支援できという理由から、サーマルインターフェースマテリアルは、熱管理システムに不可欠の要素である。熱伝導性ポリマー含有材料は、多くの設計を単純化する可能性がある。このように、熱伝導性ポリマー含有材料の開発に対するニーズがある。

課題を解決するための手段

0003

これらおよび他のニーズは、本開示の種々の実施形態および構成により対処される。
一部の実施形態は、マトリックス材料全体に分散した細長熱伝導性粒子伝導性パーコレーションネットワークを有する組成物を含む。細長い熱伝導性粒子は、少なくとも約25:1のアスペクト比を有する。好ましくは、アスペクト比は、少なくとも約40:1である。さらに好ましくは、アスペクト比は、少なくとも約50:1である。一部の構成では、アスペクト比は、少なくとも約100:1である。パーコレーションネットワークは、通常、三次元ネットワークである。細長い熱伝導性粒子は、好ましくは、パーコレーションネットワーク中で、ランダム配向している。好ましくは、伝導性パーコレーションネットワークは、複数の熱伝導経路を有する。熱伝導経路は、低熱抵抗性である。

0004

一部の実施形態では、細長い熱伝導性粒子は、金属ナノワイヤ金属合金ナノワイヤ金属黒ナノチューブ被覆された細長い粒子、およびそれらの組み合わせおよび/または混合物から本質的に構成される群から選択される。被覆された細長い粒子は、被覆ナノチューブ、被覆グラフェンシート、被覆された細長い黒鉛粒子、被覆された細長い窒化ホウ素、被覆された細長い窒化アルミニウム、被覆された細長い窒化ケイ素、被覆された細長い炭化ケイ素、被覆された細長い窒化ガリウム、被覆された細長いダイヤモンド、被覆された細長いアルミナおよびこれらの混合物から本質的に構成される群から選択される。

0005

好ましくは、マトリックス材料は、少なくとも組成物の約80容量%を含む。より好ましくは、マトリックス材料は、組成物の約90〜約95容量%を含む。マトリックス材料は、有機材料有機高分子材料無機材料無機高分子材料セラミックス有機金属材料高分子有機金属材料およびこれらの組み合わせから本質的に構成される群から選択される。有機高分子材料は、ポリオレフィンポリスチレンポリビニルポリアクリル酸ポリハロオレフィンポリジエンポリオキシド/エーテルアセタールポリスルフィドポリエステルチオエステルポリアミドチオアミドポリウレタンチオウレタンポリウレアチオウレアポリイミド/チオイミドポリ酸無水物チオ酸無水物、ポリカーボネート/チオカーボネートポリイミンポリケトンチオケトンポリスルホンスルホキシドスルホン酸塩スルホンアミドポリフェニレンホモポリマーブロック共重合体高分子混合物およびブレンド高分子合金、および共重合体、ならびにこれらの混合物から本質的に構成される群から選択される。無機高分子材料は、ポリシランポリゲルマンポリスタンナンポリボラジレンポリホスファゼンポリシロキサンポリジメチルシロキサンポリメチルヒドロシロキサンポリジフェニルシロキサンポリシラザンペルヒドロポリシラザン、ポリ(ジクロロホスファゼン)、ポリ(窒化硫黄)、ポリチアジル、およびポリスルフィド、またはこれらの混合物から本質的に構成される群から選択される。一部の実施形態では、無機高分子材料は、ポルトランドセメント、ポルトランドセメントと二酸化ケイ素ガラスバイコールガラスホウケイ酸ガラスポリアニオンガラス、ポリ(カルボシラン)、およびこれらの混合物から本質的に構成される群から選択できる。有機金属化合物および有機金属高分子材料は、シリコンおよびゲルマニウムグループ元素遷移金属原子番号22〜30、40〜48および72〜80)、希土類元素(原子番号21、39、および57〜71)、および原子番号1、5〜9、15、17、35、53および85を有する元素を主に含む材料を含む。

0006

被覆された細長い粒子の非制限的例は、Ge、Si、Ga、As、In、Sb、Bi、Te、Cd、S、Cd、Se、Hg、P、In、Pb、Te、Hg、Te、Sn、Pb、In、Cu、Ag、Au、それらの任意の原子比率による2元素の組み合わせ、それらの任意の原子比率による3元素の組み合わせ、およびそれらの他の組み合わせ、のうちの1つまたは複数を含むコーティング材料で被覆された粒子である。一部の構成では、コーティング材料は、Ge、Si、Sn、Pb、In、Cu、Ag、Au、のうちの1つ、またはこれらの混合物である。一部の構成では、コーティング材料は、GaAs、InSb、BiTe、CdS、CdSe、HgSe、GaPInP、PbTe、およびHgTeのうちの1つの2元系混合物である。被覆された細長い粒子は、好ましくは、連続コーティングを有する。一部の構成では、被覆された細長い粒子は、細長い粒子のアスペクト比を実質的に減らさないコーティング厚さを有する。好ましくは、ナノ粒子は、短い電子フォノン結合長さを有するコーティングで被覆される。電子フォノン結合長さは、通常、電子およびフォノンが非平衡状態で存在する熱境界界面近傍領域特性長を意味する。それは、フォノンが電荷キャリア(電子)に熱エネルギーを移した後、平衡に戻る前に移動しなければならない距離を意味する。短い電子フォノン結合長さは、実質的に熱エネルギー伝達をもたらす。

0007

好ましくは、組成物は、約20容量%を超えない程度の被覆された細長い粒子を含み、さらに好ましくは、約15%を超えない程度の被覆された細長い粒子を含む。またさらに好ましくは、組成物は、約12容量%を超えない程度の被覆された細長い粒子を含む。一部の実施形態では、組成物は、約10容量%を超えない程度の被覆された細長い粒子を含む。一部の実施形態では、組成物は、約7容量%を超えない程度の被覆された細長い粒子、好ましくは、約5容量%を超えない程度の被覆された細長い粒子を含む。

0008

一部の実施形態では、被覆された細長い粒子は、約0.1〜約500ナノメートル、好ましくは、約0.5〜約450ナノメートルの平均直径および/または厚さを有する。より好ましくは、被覆された細長い粒子は、約0.6〜約400ナノメートルの平均直径および/または厚さを有する。

0009

好ましくは、被覆された細長い粒子は、約10〜約1,000ミクロン(μm)の平均長さを有する。より好ましくは、被覆された細長い粒子は、約10〜約500ミクロン(μm)の平均長さを有する。

0010

一部の実施形態では、パーコレーションネットワークは、三次元ネットワークである。好ましくは、パーコレーションネットワークは、複数の熱伝導経路を有する。熱伝導経路は、低抵抗を有し、好ましくは、熱エネルギーの伝達に対し低抵抗である。より好ましくは、低抵抗経路は、低熱境界抵抗を有する。

0011

パーコレーションネットワークは、好ましくは、熱伝導性である。パーコレーションネットワークは、好ましくは、少なくとも約2Wm−1K−1、より好ましくは、少なくとも約5Wm−1K−1、さらにより好ましくは、少なくとも約50Wm−1K−1、またさらに好ましくは、少なくとも約100Wm−1K−1、またさらに好ましくは、少なくとも約500Wm−1K−1、またさらに好ましくは、少なくとも約1000Wm−1K−1の熱伝導率を有することができる。パーコレーションネットワークは、電荷およびフォノン伝導性ネットワークのうちの1つまたは両方である。一部の実施形態では、組成物は、少なくとも約2Wm−1K−1、より好ましくは、少なくとも約5Wm−1K−1、さらにより好ましくは、少なくとも約100Wm−1K−1、またさらに好ましくは、少なくとも約500Wm−1K−1、またさらに好ましくは、少なくとも約1000Wm−1K−1の熱伝導率を有するサーマルインターフェースマテリアルを含む。

0012

一部の実施形態では、ナノ粒子は、カーボンナノチューブである。用語のカーボンナノチューブは、通常、単層カーボンナノチューブ二層カーボンナノチューブ少数層カーボンナノチューブ多層カーボンナノチューブまたは単層二層、少数層、および多層カーボンナノチューブの混合物のうちの1つまたは複数を意味する。好ましくは、カーボンナノチューブは、組成物の約20容量%を超えない程度含まれ、さらに好ましくは、カーボンナノチューブは、組成物の約15%を超えない程度含まれる。さらにより好ましくは、組成物は、約12容量%を超えない程度のカーボンナノチューブを含む。一部の実施形態では、組成物は、約10容量%を超えない程度のカーボンナノチューブを含む。一部の実施形態では、組成物は、約7容量%を超えない程度のカーボンナノチューブ、好ましくは、約5容量%を超えない程度のカーボンナノチューブを含む。カーボンナノチューブは、約25:1を超えるアスペクト比を有する。好ましくは、カーボンナノチューブのアスペクト比は、約40:1より大きい。より好ましくは、カーボンナノチューブのアスペクト比は、約50:1より大きい。一部の構成では、カーボンナノチューブのアスペクト比は、100:1より大きい。さらに、低抵抗経路は、好ましくは、2つ以上の、さらに好ましくは、3つ以上の無整列ランダム配向被覆カーボンナノチューブの間で形成される。

0013

一部の構成は、短い電子フォノン結合長さを有するコーティングで被覆されたカーボンナノチューブを含む。被覆された細長い粒子は、Ge、Si、Ga、As、In、Sb、Bi、Te、Cd、S、Cd、Se、Hg、P、In、Pb、Te、Hg、Te、Sn、Pb、In、Cu、Ag、Au、これらのうちの2元素の任意の原子比率での組み合わせ、これらのうちの3つの元素の任意の原子比率での組み合わせ、およびこれらの他の組み合わせ、のうちの1つまたは複数を含むコーティング材料で被覆される。

0014

一部の構成では、コーティング材料は、Ge、Si、Sn、Pb、In、Cu、Ag、Au、のうちの1つまたはこれらの混合物である。一部の構成では、コーティング材料は、GaAs、InSb、BiTe、CdS、CdSe、HgSe、GaP、InP、PbTe、およびHgTeの2元系混合物のうちの1つである。カーボンナノチューブは、好ましくは、短い電子フォノン結合長さコーティングを使って、実質的に、均一、不均一、連続、および不連続のうちの少なくとも1つの状態で被覆される。一部の実施形態では、コーティングは、マトリックス材料を含むことができ;すなわち、コーティングは、実質的にパーコレーションネットワークの形に配置を換えた細長い熱伝導性粒子を有するマトリックス材料である。

0015

一部の実施形態では、ナノ粒子は、グラフェンシートである。グラフェンシートは、約25:1より大きいアスペクト比を有する。好ましくは、グラフェンシートのアスペクト比は、約40:1より大きい。より好ましくは、グラフェンシートのアスペクト比は、約50:1より大きい。一部の構成では、グラフェンシートのアスペクト比は、100:1より大きい。一部の実施形態では、グラフェンシートは、実質的に平面である。好ましくは、組成物は、約20容量%を超えない程度のグラフェンシート、さらに好ましくは、約15%を超えない程度のグラフェンシートを含む。さらにより好ましくは、組成物は、約12容量%を超えない程度のグラフェンシートを含む。一部の実施形態では、組成物は、約10容量%を超えない程度のグラフェンシートを含む。一部の実施形態では、組成物は、約7容量%を超えない程度のグラフェンシート、好ましくは、約5容量%を超えない程度のグラフェンシートを含む。実質的に無整列でランダム配向の被覆グラフェンシートは、典型的な例では、伝導性パーコレーションネットワークを形成する。さらに、低抵抗経路は、好ましくは、2つ以上の、さらに好ましくは、3つ以上の無整列でランダム配向の被覆グラフェンシートの間で形成される。

0016

一部の構成は、短い電子フォノン結合長さを有するコーティングで被覆されたグラフェンシートを含む。被覆された細長い粒子は、Ge、Si、Ga、As、In、Sb、Bi、Te、Cd、S、Cd、Se、Hg、P、In、Pb、Te、Hg、Te、Sn、Pb、In、Cu、Ag、Au、これらのうちの2元素の任意の原子比率での組み合わせ、これらのうちの3元素の任意の原子比率での組み合わせおよびこれらのうちの他の組み合わせ、のうちの1つまたは複数を含むコーティング材料で被覆される。一部の構成では、コーティング材料は、Ge、Si、Sn、Pb、In、Cu、Ag、Au、またはこれらの混合物のうちの1つである。一部の構成では、コーティング材料は、GaAs、InSb、BiTe、CdS、CdSe、HgSe、GaP、InP、PbTe、およびHgTeのうちの1つの2元系混合物である。グラフェンシートは、好ましくは、短い電子フォノン結合長さコーティングを使って、実質的に、均一、不均一、連続、および不連続のうちの少なく1つの状態で被覆される。

0017

一部の実施形態は、短い電子フォノン結合長さ材料全体にわたり分布した細長い熱伝導性粒子を有する伝導性パーコレーションネットワークを有する組成物を含む。好ましくは、細長い熱伝導性粒子は、組成物の約20容量%を超えない程度である。さらに、細長い熱伝導性粒子は、好ましくは、少なくとも約25:1の平均アスペクト比を有する。短い電子フォノン結合長さ材料は、好ましくは、Ge、Si、Ga、As、In、Sb、Bi、Te、Cd、S、Cd、Se、Hg、P、In、Pb、Te、Hg、Te、Sn、Pb、In、Cu、Ag、Au、これらのうちの2つの元素の任意の原子比率の組み合わせ、これらのうちの3つの元素の任意の原子比率の組み合わせ、およびこれらのうちの他の組み合わせ、のうちの1つまたは複数を含む。

0018

これらおよび他の利点は、本明細書に含まれる開示および実施形態、態様および構成から明らかであろう。
本明細書で使われる用語「a」または「an」実体は、1つまたは複数のその実体を意味する。従って、用語の「a」(または「an」)、「1つまたは複数の」および「少なくとも1つの」は、本明細書では同義に使用できる。また、用語の「含む(comprising)」、「含む(including)」、および「有する(having)」は、同義に使用できることに留意されたい。

0019

本明細書で使われる「少なくとも1つの」、「1つまたは複数の」、および「および/または」は、行為における接続語および離接語の両方の非制限的表現である。例えば、「A、B、およびCのうちの少なくとも1つ」、「A、B、またはCのうちの少なくとも1つ」、「A、B、およびCのうちの1つまたは複数の」、「A、B、またはCのうちの1つまたは複数」および「A、B、および/またはC」の表現のそれぞれが、A単独で、B単独で、C単独で、AおよびBが一緒に、AおよびCが一緒に、BおよびCが一緒に、またはA、BおよびCが一緒に、を意味する。

0020

先の記述は、本開示の種々の実施形態のうちの一部の態様の理解を提供するための単純化した本開示の要約である。この要約は、本開示およびその種々の実施形態の広範な概要でも、網羅的な概要でもない。本開示の主要または重大な要素を特定することも、本開示の範囲を詳細に説明することも意図せず、以下に示されるより詳細な説明に対する導入として、選択された本開示の概念を単純化された形で提示することを意図している。上記から理解されるように、上記で規定された、または以下の詳細で説明される1つまたは複数の特徴を単独で、または組み合わせて利用して、本開示の他の実施形態とすることが可能である。

0021

付随する図は、明細書に組み込まれ、その一部を形成し、いくつかの本開示の実施例を説明する。これらの図は、説明と一緒に、本開示の原理を説明する。図は、単に、いかにして本開示が作られ、使用できるかに関する好ましい、1つの選択肢としての実施例を図示するに過ぎず、図示し、説明した実施例のみに本開示を限定するものと解釈されるべきではない。

0022

さらなる特徴と利点は、下記に参照する図により例示される、次記の本開示の種々の実施形態、態様および構成のより詳細な説明から明らかとなろう。

図面の簡単な説明

0023

一部の実施形態におけるサーマルインターフェースマテリアルを示す。
一部の実施形態における異方性分布を示す。
一部の実施形態における等方性分布を示す。
パーコレーションネットワークを形成する高アスペクト比材料例の三次元ランダム配列(a)および材料間の点接続性(b)、を示す。
グラフェン構造を示す。
一部の実施形態におけるグラフェン構造を示す。
一部の実施形態におけるグラフェン構造を示す。
一部の実施形態におけるグラフェン構造を示す。
カーボンナノチューブベクトル(n,m)を示す。
一部の実施形態におけるキラルベクトル(0,10)、(7,10)および(10,10)を有する単層カーボンナノチューブを示す。
多層カーボンナノチューブの断面を示す。
多層カーボンナノチューブの断面を示す。
一部の実施形態におけるシステムを示す。
一部の実施形態における装置を示す。
一部の実施形態における熱界面先行技術を示す。
一部の実施形態における銀金属被覆カーボンナノチューブの透過電子顕微鏡像を示す。
一部の実施形態における銀金属被覆カーボンナノチューブの高解像度走査トンネル電子顕微鏡像を示す。
一部の実施形態におけるサーマルインターフェースマテリアルの走査電子顕微鏡像を示す。
テルル化ビスマス(Bi2Te3)被覆カーボンナノチューブのSEM像である。
ポリマーマトリックス中の金属ナノワイヤフィルムの製造プロセスの模式図である。
ASTMD5470による分散液中銀被覆カーボンナノチューブの熱伝導率のプロットを示す。

0024

図1は、一部の実施形態におけるサーマルインターフェースマテリアル100を示す。サーマルインターフェースマテリアル100は、マトリックス材料105および細長い熱伝導性粒子101のパーコレーションネットワーク102を含む。一部の実施形態では、サーマルインターフェースマテリアル100は、マトリックス材料105中に分布した細長い熱伝導性粒子101のパーコレーションネットワーク102を含む複合材料を含む。一部の構成では、サーマルインターフェースマテリアル100は、マトリックス材料105および細長い熱伝導性粒子101のパーコレーションネットワーク102から本質的に構成される。

0025

細長い熱伝導性粒子101は、任意の細長い形であってよい。好ましくは、細長い粒子101は、粒子厚さおよび/または直径より大きい粒子長さである。より好ましくは、粒子101は、粒子長さの、粒子厚さおよび/または直径に対する適切なアスペクト比を有する。典型的な例では、アスペクト比は、約20より大きく、より典型的な例では、約25より大きく、さらにより典型的な例では、約40より大きく、またさらに典型的な例では、約50より大きく、またさらに典型的な例では、約60より大きく、またさらに典型的な例では、約100より大きい。

0026

細長い熱伝導性粒子101は、好ましくは、平均直径および/または厚さおよび平均長さを有する。平均直径および/または厚さは、通常、約0.1〜約500ナノメートル、よくある例では、約0.5〜約450ナノメートルである。一部の実施形態では、平均直径および/または厚さは、約0.6〜約400ナノメートルであってよい。細長い熱伝導性粒子101の平均長さは、典型的な例では、約10〜約1,000ミクロン(μm)であり、より典型的な例では、約10〜約500ミクロン(μm)である。

0027

好ましくは、細長い熱伝導性粒子101は、マトリックス材料105全体にわたり等方的にランダムに分布している。すなわち、細長い熱伝導性粒子101は、マトリックス材料105中で等方的に分散される(図2は、異方性分布を示し、図1と3は、等方性分布を示す)。パーコレーションネットワーク102は、好ましくは、マトリックス材料105の全体にわたり分散した細長い熱伝導性粒子101の三次元ネットワークを含む。細長い熱伝導性粒子101は、好ましくは、マトリックス材料105を通って1つまたは複数の経路(図4)を形成するのに充分な濃度である。1つまたは複数の経路は、サーマルインターフェースマテリアル100を横断し、サーマルインターフェースマテリアル100を通って複数の熱伝導経路を形成できる。好ましくは、複数の熱伝導経路は、サーマルインターフェースマテリアル100の第1と第2の表面を相互接続し、さらに好ましくは、第1と第2の表面は、対向する関係にある。複数の熱伝導経路は、好ましくは、細長い熱伝導性粒子101の不連続集合体由来の形である。好ましくは、粒子の濃度と幾何学的配置パーコレーション閾値を超える複数の熱伝導経路を形成する。

0028

パーコレーションネットワーク102は、マトリックス材料105全体にわたる細長い熱伝導性粒子101の実質的にランダム分布により形成される。パーコレーションネットワーク102は、マトリックス材料105を通る複数の熱伝導経路を形成する。全てではないにしても、少なくともほとんどのサーマルインターフェースマテリアル100により伝導される熱エネルギーは、パーコレーションネットワークを通って伝達される。

0029

細長い熱伝導性粒子101は、電荷およびフォノンキャリアのいずれか、または両方であってよい。すなわち、電荷(例えば、電子および/またはホール)およびフォノンは、細長い熱伝導性粒子により運ばれうる。さらに、パーコレーションネットワーク102は、電荷およびフォノンキャリアネットワークである。

0030

細長い熱伝導性粒子101は、金属ナノワイヤ、金属合金ナノワイヤ、被覆された細長い粒子、金属黒鉛ナノチューブ、被覆カーボンナノチューブ、被覆グラフェンシート、細長い黒鉛粒子、被覆された細長い黒鉛粒子、またはこれらの混合物のうちの1つを含む。好ましくは、細長い熱伝導性粒子101は、金属ナノワイヤ、金属合金ナノワイヤ、金属黒鉛ナノチューブ、被覆カーボンナノチューブ、被覆グラフェンシート、細長い黒鉛粒子、被覆された細長い黒鉛粒子、またはこれらの混合物のうちの1つである。金属黒鉛ナノチューブは、通常、「アームチェアキラリティーを特徴とし、そのため、指数「n」と「m」を使って、グラフェンシートが巻き付けられる幾何学的配置を記載でき、この場合n、mは等しい(n=m)。「n」と「m」は、グラフェンハニカム結晶格子の2つの方向に沿った単位ベクトルの数を意味する。金属のCNT中の熱エネルギー移動は、主に電荷キャリアまたは電子を介して起こる。

0031

通常、細長い熱伝導性粒子101は、約20容量%を超えない程度のサーマルインターフェースマテリアル100を含み、よくある例では、約15容量%を超えない程度、またさらによくある例では、約12容量%を超えない程度、またさらによくある例では、約10容量%を超えない程度のサーマルインターフェースマテリアル100を含む。一部の実施形態では、組成物は、約7容量%を超えない程度の細長い熱伝導性粒子101を含み、好ましくは、約5容量%を超えない程度の細長い熱伝導性粒子101を含む、一部の構成では、細長い熱伝導性粒子101は、12容量%、さらにより典型的な例では、約10容量%を超えない程度の被覆された細長い粒子を含む。典型的な例では、約20容量%を超えない程度のサーマルインターフェースマテリアル100、より典型的な例では、約15容量%を超えない程度のサーマルインターフェースマテリアル100を含む。一部の実施形態では、被覆された細長い粒子は、好ましくは、約7容量%を超えない程度のサーマルインターフェースマテリアル100、さらに好ましくは、約5容量%を超えない程度のサーマルインターフェースマテリアル100を含む。

0032

好ましくは、マトリックス材料は、少なくとも約80容量%の組成物を含む。より好ましくは、マトリックス材料は、約90〜約95容量%の組成物を含む。
パーコレーションネットワーク102経路は、好ましくは、低抵抗経路である。より好ましくは、低抵抗経路は、低抵抗性熱経路である。さらに、低抵抗経路は、好ましくは、2つ以上、さらに好ましくは、3つ以上の細長い熱伝導性粒子101の間で形成される。一部の構成では、パーコレーションネットワーク102は、通常、少なくとも約2Wm−1K−1の熱伝導率、よくある例では、少なくとも約5Wm−1K−1の熱伝導率、さらによくある例では、少なくとも約100Wm−1K−1の熱伝導率、さらによくある例では、少なくとも約500Wm−1K−1の熱伝導率、さらによくある例では、少なくとも約1000Wm−1K−1の熱伝導率である。

0033

通常、サーマルインターフェースマテリアル100を通って伝導する熱エネルギーの少なくとも約100%が、細長い熱伝導性粒子101のパーコレーションネットワーク102を通って伝達され、よくある例では、サーマルインターフェースマテリアル100を通って伝導する熱エネルギーの少なくとも約99%、さらによくある例では、熱エネルギーの少なくとも約95%、またさらによくある例では、熱エネルギーの少なくとも約90%、またさらによくある例では、熱エネルギーの少なくとも約85%、またさらによくある例では、熱エネルギーの少なくとも約80%、またさらによくある例では、熱エネルギーの少なくとも約75%、またさらによくある例では、熱エネルギーの少なくとも約70%、またさらによくある例では、熱エネルギーの少なくとも約65%、またさらによくある例では、熱エネルギーの少なくとも約60%、またさらによくある例では、熱エネルギーの少なくとも約55%、またさらによくある例では、熱エネルギーの少なくとも約50%が、細長い熱伝導性粒子101のパーコレーションネットワーク102を通って伝達される。

0034

典型的な例では、マトリックス材料105は、細長い熱伝導性粒子101の熱伝導率の1X10−1倍を超えない程度、さらに典型的な例では、細長い熱伝導性粒子101の熱伝導率の約0.01倍を超えない程度、さらによくある例では、細長い熱伝導性粒子101の熱伝導率の約1X10−2倍を超えない程度、またさらによくある例では、細長い熱伝導性粒子101の熱伝導率の約1X10−3倍を超えない程度、またさらによくある例では、細長い熱伝導性粒子101の熱伝導率の約1X10−4倍を超えない程度、またさらによくある例では、熱伝導性粒子101の熱伝導率の約1X10−5倍を超えない程度、またさらによくある例では、細長い熱伝導性粒子101の熱伝導率の約1X10−6倍を超えない程度、またさらによくある例では、細長い熱伝導性粒子101の熱伝導率の約1X10−7倍を超えない程度の熱伝導率を有する。

0035

一部の実施形態では、パーコレーションネットワーク102およびマトリックス材料105は、サーマルインターフェースマテリアル100を通る熱伝導経路である。すなわち、一部の実施形態では、サーマルインターフェースマテリアル100は、細長い、コーティングを施した、または施していない熱伝導性材料101、およびサーマルインターフェースマテリアル100の熱伝導率に寄与するマトリックス材料105以外の材料を、実質的に含んでいない。

0036

理論に拘することを望むものではないが、経路内の界面抵抗乗り越える能力を有する電荷キャリアにより、パーコレーションネットワーク102の複数の経路が熱エネルギー移動を生じると考えられている。さらに、電子(またはホール)は、パーコレーションネットワーク内の細長い熱伝導性粒子101間の接合部を飛び越えるか、またはくぐり抜けることができると考えられている。

0037

一部の実施形態では、細長い熱伝導性粒子101は、実質的に電荷キャリアである。電荷キャリアは、電子またはホールのいずれか、または両方である。典型的な例では、適切な電荷キャリアは、金属ナノワイヤ、金属黒鉛ナノチューブ、およびこれらの混合物のうちの1つまたは複数を含む。

0038

金属ナノワイヤは、いずれかの半金属または金属材料を含むことができる。金属は、原子番号4、5、12〜14、20〜32、34、38〜42、44〜52、56〜60、62〜79、81〜84ならびにこれらの組み合わせおよび混合物、からなる群より選択される原子番号を有する金属または半金属を含むいずれかの金属または半金属含有材料を含むことができる。好ましくは、ナノワイヤは、原子番号Ag、Au、Cu、In、Pb、Ni、Snおよびこれらの組み合わせからなる群より選択される原子番号を有する半金属を含む半金属および/または半金属含有材料を含む。好ましくは、ナノワイヤは、原子番号Ag、Au、Cu、In、Pb、Ni、Snおよびこれらの組み合わせ、からなる群より選択される原子番号を有する金属を含む金属および/または金属含有材料を含む。

0039

グラフェンシート、カーボンナノチューブおよび黒鉛は、グラフェン構造を含む。図5にグラフェン構造134を示す。典型的な例では、グラフェン構造134は、平面形状グラフェンシート114(図6A);非平面形状グラフェンナノリボン116(図6B);円筒形状構造で、当技術分野で知られ、本明細書でカーボンナノチューブとも呼ばれている118(図6C);およびグラフェン構造の任意の幾何学的配置(例えば、当技術分野でバッキーボールまたはバックミンスターフラーレンとして知られるもの)、のうちの1つであってもよい。

0040

グラフェン構造は、相互接続された複数のsp2混成炭素原子176を含み、1原子厚さのシート178を形成する。sp2混成炭素原子176は、原子群間で相互接続する。一実施形態では、グラフェン構造中の少なくともほとんどのsp2混成炭素原子が炭素原子群と相互接続し、各群の6炭素原子が、実質的に平面状の、規則的な六角形132を形成する。

0041

述べたように、カーボンナノチューブ118は、管または円柱形状に巻き上げられたグラフェン構造134であると考えることができる。カーボンナノチューブ118は、単層ナノチューブ二層ナノチューブ、少数層ナノチューブ、または多層ナノチューブであってもよい。

0042

単層カーボンナノチューブは、ナノチューブとして構成された単一グラフェン構造134を含む。構造的には、単層カーボンナノチューブは、1原子厚さグラフェン壁180およびキラルベクトル124(図7)を有するシームレス中空チューブを含む。ある実施形態では、単層カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブの1つまたは複数の末端に約3〜約10の5角形を含む半球グラフェンキャップをさらに含む。

0043

キラルベクトル124は、1対の指数(n,m)を含み、これは、グラフェン構造の結晶格子の2つの方向に沿った単位ベクトルを意味する。理論に拘泥することを望むものではないが、キラルベクトル124は、単層カーボンナノチューブの電気特性に影響を与える。一部の構成では、単層カーボンナノチューブは、次記のうちの1つが真となるベクトル124を有する:a)n=m;およびb)(n−m)/3が整数図8は、カーボンナノチューブ198、200、および202として表されている、それぞれ、(0,10)、(7,10)および(10,10)のキラルベクトルを有する単層カーボンナノチューブ118を示す。

0044

カーボンナノチューブは、直径(「ID」)120、長さ122およびキラルベクトル124を有する。カーボンナノチューブの直径(「ID」)120は、約1Å〜約200ナノメートルの範囲である。

0045

多層カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブコア周りに巻き上げられた1つまたは複数のグラフェンナノリボン134を含み、1つまたは複数のグラフェンナノリボン134は、複数のグラフェン壁180を形成する(図9Aおよび9B)。理論に拘泥することを望むものではないが、多層カーボンナノチューブは、a)同心円状に重なった円柱として配置された一連のシームレス単層カーボンナノチューブ(126)またはb)それ自体の周りにらせん状に巻き上げられた単一グラフェンナノリボン134(128)のうちの1つを含むことができる。グラフェン層間層間距離130は、約1Å〜約10Å、好ましくは、約2Å〜約4Åの範囲である。

0046

典型的な例では、黒鉛は、積み重ねられたグラフェンシートを含む。グラフェンシートは、結晶または無定形黒鉛構造を形成するように配置できる。
カーボンナノチューブは、通常、金属黒鉛ナノチューブ、半導体カーボンナノチューブ、または金属および半導体カーボンナノチューブの混合物のうちの1つを含む。「金属黒鉛ナノチューブ」は、通常、1つまたは複数の約500Wm−1K−1を超える熱伝導率を有するカーボンナノチューブを意味する。「半導体カーボンナノチューブ」は、通常、金属黒鉛ナノチューブ以外のカーボンナノチューブを意味する。別段の指示がない限り、「カーボンナノチューブ」は、通常、金属および半導体カーボンナノチューブの混合物を意味する。さらに典型的な例では、金属および半導体カーボンナノチューブの混合物を含む少なくともほとんどのカーボンナノチューブが、半導体カーボンナノチューブであり、またさらに典型的な例では、少なくとも約60%が半導体カーボンナノチューブであり、またさらに典型的な例では、少なくとも約70%が半導体カーボンナノチューブであり、またさらに典型的な例では、少なくとも約80%が半導体カーボンナノチューブであり、またさらに典型的な例では、少なくとも約90%が半導体カーボンナノチューブである。上述のように、カーボンナノチューブは、単層でも多層カーボンナノチューブでもよい。一部の構成では、カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、少数層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブはたは単層、二層、少数層および多層カーボンナノチューブの混合物である。

0047

一部の実施形態では、細長い、熱伝導性物品は、被覆された細長い粒子を含むことができる。被覆された細長い粒子は、被覆ナノチューブ、被覆グラフェンシート、被覆された細長い黒鉛粒子、またはこれらの混合物を含むことができる。被覆された細長い粒子は、好ましくは、実質的に短い電子フォノン結合長さを有するコーティングを含む。通常、被覆された細長い粒子は、約10−2cmを超えない程度の電子フォノン結合長さを有するコーティングを含み、さらによくある例では、約10−4cmを超えない程度の電子フォノン結合長さ、またさらによくある例では、約10−6cm未満の電子フォノン結合長さ、またさらによくある例では、約10−8cm未満の電子フォノン結合長さを有するコーティングを含む。適切なコーティング材料の非制限的例は、Ge、Si、Ga、As、In、Sb、Bi、Te、Cd、S、Cd、Se、Hg、P、In、Pb、Te、Hg、Te、Sn、Pb、In、Cu、Ag、Au、これらのうちの2つの元素の任意の原子比率での組み合わせ、これらのうちの3つの元素の任意の原子比率での組み合わせおよびこれらのうちの他の組み合わせ、のうちの1つまたは複数を含むコーティング材である。一部の構成では、コーティング材料は、Ge、Si、Sn、Pb、In、Cu、Ag、Au、またはこれらの混合物、のうちの1つである。一部の構成では、コーティング材料は、GaAs、InSb、BiTe、CdS、CdSe、HgSe、GaP、InP、PbTe、およびHgTeのうちの1つの2元系混合物である。

0048

一部の実施形態では、被覆された細長い粒子は、少なくとも約0.2nm、好ましくは、少なくとも0.1nmの平均コーティング厚さを有する。好ましくは、コーティングのある場合と無い場合の細長い粒子の平均アスペクト比は、被覆されていない細長い粒子のアスペクト比の、実質的に、約1倍である。被覆された細長い粒子のアスペクト比は、よくある例では、平均して、被覆されていない細長い粒子のアスペクト比の少なくとも約0.95倍、さらによくある例では、被覆されていない細長い粒子のアスペクト比の少なくとも約0.90倍、またさらによくある例では、被覆されていない細長い粒子のアスペクト比の少なくとも約0.85倍、またさらによくある例では、被覆されていない細長い粒子のアスペクト比の少なくとも約0.80倍、またさらによくある例では、被覆されていない細長い粒子のアスペクト比の少なくとも約0.75倍である。

0049

マトリックス材料105は、実質的に任意の材料であってよい。マトリックスは、有機材料、有機高分子材料、無機材料、無機高分子材料、セラミック、有機金属材料、高分子有機金属材料またはこれらの組み合わせであってもよい。有機高分子材料は、ホモポリマー、ブロック共重合体、高分子混合物、高分子合金、共重合体またはこれらの組み合わせを含めることができる。さらに、有機高分子材料は、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリビニル、ポリアクリル酸、ポリハロオレフィン、ポリジエン、ポリオキシド/エステル/アセタール、ポリスルフィド、ポリエステル/チオエステル、ポリアミド/チオアミド、ポリウレタン/チオウレタン、ポリウレア/チオウレア、ポリイミド/チオイミド、ポリ酸無水物/チオ酸無水物、ポリカーボネート/チオカーボネート、ポリイミン、ポリシロキサン/シラン、ポリホスファゼン、ポリケトン/チオケトン、ポリスルホン/スルホキシド/スルホン酸塩/スルホアミド、ポリフィレン、およびこれらの混合物のうちの1つまたは複数を含めることができる。無機高分子材料は、ポリシラン、ポリゲルマン、ポリスタンナン、ポリボラジレン、ポリホスファゼン、ポリシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルヒドロシロキサン、ポリジフェニルシロキサン、ポリシラザン、ペルヒドロポリシラザン、ポリホスファゼン、ポリ(ジクロロホスファゼン)、ポリ(窒化硫黄)、ポリチアジル、およびポリスルフィド、またはこれらの混合物、から本質的に構成される群から選択される。一部の実施形態では、無機高分子材料は、ポルトランドセメント、ポルトランドセメントおよび二酸化ケイ素、ガラス、バイコールガラス、ホウケイ酸ガラス、ポリアニオンガラス、ポリ(カルボシラン)、ならびにこれらの混合物、から本質的に構成される群から選択できる。有機金属化合物および有機金属高分子材料は、シリコンおよびゲルマニウム、遷移金属(原子番号22〜30、40〜48および72〜80)、希土類元素(原子番号21、39、および57〜71)、および原子番号1、5〜9、15、17、35、53および85の元素の主要グループ元素を含む材料を含む。

0050

さらに、細長い熱伝導性粒子のマトリックス材料中の分布は、機械的な変形、例えば、熱膨張材料ミスマッチにより生じた変形から来る損傷および/または劣化を克服できる。さらに、機械的な変形、例えば、引っ張りによる伸長の間、性能が維持される。例えば、機械的な変形の間、1つのチューブが別のチューブの長さだけ滑り落ちるあいだは、チューブとチューブの接触が保持される。さらに、グラフェン構造含有ポリマーマトリックスは、細長い熱伝導性粒子の腐食および/または交差接続を実質的に減らすことができる。例えば、高分子マトリックス内に被覆グラフェン構造を含むサーマルインターフェースマテリアルは、金属に対する、好ましくは、電解腐食を受けやすい金属に対する腐食保護を提供できる。高分子マトリックス内の低濃度の(例えば、限定されないが、約5容量%を超えない程度の)グラフェン構造が、高分子マトリックス特性(例えば、限定されないが、軽量性耐久性のある処理能力コスト、等)を実質的に維持することは理解されよう。

0051

一部の実施形態は、第1の表面201および第2の表面203の間に位置するサーマルインターフェースマテリアル100を有するシステム200(図10)を含む。サーマルインターフェースマテリアル100は、マトリックス材料全体にわたり分布した細長い熱伝導性粒子を有する伝導性パーコレーションネットワーク102(図示せず)を有する。

0052

一部の実施形態は、第1の部品301、第2の部品303を有する装置300(図11)、および第1の301部品と第2の303部品の間に位置するサーマルインターフェースマテリアル100を含む。サーマルインターフェースマテリアル100は、マトリックス材料全体にわたり分布した細長い熱伝導性粒子を有する伝導性パーコレーションネットワーク102(図示せず)を含む。第2の部品303は、熱エネルギー放散部品である。

0053

熱界面システム200および/または装置300には、パワーエレクトロニクス用途(例えば、限定されないが、絶縁ゲートバイポーラトランジスタで、この場合、サーマルインターフェースマテリアル100は、ダイレクトボンドカッパー層基板アセンブリおよびヒートシンクの間に配置される);コンピュータ用途(例えば、限定されないが、集積回路(IC)チップおよび中央処理装置(CPU)一般の冷却;TIMが、プロセッサインテグレーテッドヒートスプレッダ(IHS)およびヒートシンクの間の効果的熱経路を提供する);集積回路(ASIC);フィールドプログラマブルゲートアレーFPGA);グラフィックスプロセシングユニット(GPU)(例えば、限定されないが、組込みシステムワークステーションゲーム機携帯電話およびPC);マイクロプロセッサおよびフリップチップボールグリッドアレイ(BGA);光(PV電池(例えば、PV電池とヒートシンクの間に位置する電気絶縁サーマルインターフェースマテリアル100[回路の外部]による熱蓄積に起因する出力ロスを防ぐため、等の);トランジスタ(例えば、制限されないが、ヒートスプレッダとトランジスタそれ自体の間に位置するサーマルインターフェースマテリアル100[電気絶縁]、特殊な非制限的例のオーディオアンプ);ベースプレートを含むヒートパイプジョイント(例えば、限定されないが、宇宙、等の用途用のユニットベースプレートおよび2相ヒートパイプの間に置かれたサーマルインターフェースマテリアル100);進行波管増幅器TWTA)(例えば、限定されないが、TWTAハウジング(熱源)とヒートスプレッダの間に置かれたサーマルインターフェースマテリアル100[宇宙用途]);例えば、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタMOSFET)の冷却のような、遠隔操作航空機(RPA)、無人飛行体および超小型飛行体UAVおよびMAV)、F−22およびF−35システムのパワーエレクトロニクス部品指向性エネルギー兵器(例えば、熱管理に必要な部品、例えば、固体レーザー部品およびケースの冷却、レーザー駆動高電圧電子部品の冷却は、熱伝導性ナノコンポジットから恩恵を受ける可能性がある);ソリッドステートリレーSSR)(例えば、限定されないが、サーマルインターフェースマテリアル100の熱パッド熱グリースの形でのリレーとヒートスプレッダの間への配置);高出力レーザーの熱管理、高出力レーダー、高出力車両用ラジエータ(例えば、限定されないが、ハイパワーエレクトロニクスおよび対応するマイクロチャネルヒートシンクの間の熱放散に使用される熱接触強化用サーマルインターフェースマテリアル100の配置);相補型金属酸化膜半導体(CMOS)、電気通信能動センシングおよび画像処理技術;ヒートシンク材料;熱伝導性ポリマーナノコンポジットを含めることで大きく恩恵を受けるポリマー複合材料を含む用途(例えば、元のポリマーの代わりまたは補完)、例えば、ヒートシンク材料、構造用複合材料LED固定具LEDおよびヒートシンクの間に適合するTIMとして適用される熱パッド、熱基板および熱グリースを含む)、電気および電子部品用ハウジング/筐体電気コネクタICアセンブリ高性能車両ラジエータエンドキャップアンダフード部品冷却、燃料ポンプ、および頻繁に温度変動に曝される産業利用パイプ/管(例えば、高温流体輸送)、航空および/または宇宙車両機体、構造、および/または下部構造、航空および/または宇宙構造(一般的な)、例えば、衛星、尾部支材アレイアンテナヒンジ、等および/または電気自動車のIGBT/CMOS冷却用途;大容量キャパシタおよびウルトラキャパシタ(例えば、限定されないが、大容量キャパシタおよび/またはウルトラキャパシタとヒートシンク/スプレッダの間のサーマルインターフェースマテリアルの配置);エレクトロニクスIC基板および対応するハウジングの間に最小熱抵抗経路を提供しながら、キャパシタインダクタ、および自動車エレクトロニクスにおける機械的な拘束スクリューのような)を置き換えるために、同じ技術に基づく熱伝導性接着剤を使用できる;IC基板用熱管理および電気接地携帯型電子機器、例えば、携帯電話、スマートフォンラップトップタブレット、タブレットPC、ネットブックのエレクトロニクスチップ冷却(IGBT、BGA、ICチップ、等);人体および個人用冷却剤ベースおよびTEモジュールベースクーラー、等の個人的冷却システムの間の熱の熱交換強化;性能効率を高め、寿命を伸ばすための太陽電池の熱管理;電気通信増幅モジュールパワーモジュール無線ネットワークカード、一般プリント回路基板(PCB)の熱および機械的な衝撃に対する保護のための冷却;およびこれらの組み合わせのうちの1つの部品および/または要素を含めることが可能である。

0054

一部の構成では、第1と第2の表面は、それぞれ、第1と第2の表面エネルギーを有する。さらに、第1と第2の表面は、一部の例では、表面の不規則性、すなわち、それぞれの表面は、1つまたは複数の谷、溝、および気孔を含むことができる。好ましくは、マトリックス材料は、第1と第2の表面の片方または両方より、高い、同じ、または低い表面エネルギーを有する。換言すれば、マトリックス材料は、第1と第2の表面を充分に濡らす、および/またはそれに滲みこむ。マトリックス材料が濡らすこと、および/または滲みこむことは、すなわち、サーマルインターフェースマテリアル100が、第1と第2の表面の谷、溝、および気孔のうちの1つまたは複数に対し、実質的に濡らすおよび/または滲みこむことである。マトリックス材料を濡らすこと、および/または滲みこむことは、すなわち、サーマルインターフェースマテリアル100が、サーマルインターフェースマテリアル100および第1と第2の表面の間に、それぞれ、実質的に気孔および/または空隙のない第1と第2の表面のサーマルインターフェースマテリアル100との接触を形成することである。

0055

一部の構成では、第1と第2の部品は、それぞれ、第1と第2の部品表面エネルギーを有する。さらに、第1と第2の部品表面は、一部の例では、表面の不規則性、すなわち、それぞれの表面は、1つまたは複数の谷、溝、および気孔を含むことができる。好ましくは、マトリックス材料は、第1と第2の部品表面の片方または両方より、高い、同じ、または低い表面エネルギーを有する。換言すれば、マトリックス材料は、第1と第2の部品表面を充分に濡らすおよび/またはそれに滲みこむ。マトリックス材料が濡らすこと、および/または滲みこむことは、すなわち、サーマルインターフェースマテリアル100が、第1と第2の部品表面の谷、溝、および気孔のうちの1つまたは複数に対し、実質的に濡らすおよび/または滲みこむことである。マトリックス材料を濡らすこと、および/または滲みこむことは、すなわち、サーマルインターフェースマテリアル100が、サーマルインターフェースマテリアル100および第1と第2の部品表面の間に、それぞれ、実質的に気孔および/または空隙のない第1と第2の表面のサーマルインターフェースマテリアル100との接触を形成することである。

0056

好ましくは、システム200では、1つまたは複数の細長い熱伝導性粒子は、第1の表面201と接触している。同様に、装置300では、1つまたは複数の細長い熱伝導性粒子は、好ましくは、第1の部品301と接触している。システム200の場合と同様に、1つまたは複数の細長い熱伝導性粒子は、好ましくは、第2の表面203と接触している。さらに、装置300では、1つまたは複数の細長い熱伝導性粒子は、好ましくは、第2の部品303と接触している。1つまたは複数の細長い熱伝導性粒子の、それぞれ、第1および/または第2の表面および第1および/または第2の部品との接触は、より有効なおよび/またはより大きな熱伝導を提供すると考えられている。

0057

実施例−緒言
構成要素間の熱界面境界抵抗は、複数の構成要素からなる(すなわち、複合材料である)サーマルインターフェースマテリアルにおける熱伝導率損失の実質的な原因となる。熱界面境界抵抗は、典型的な例では、構成要素が相互に最接近状態である場合の接合部で測定される。構成要素間の熱移動は、電荷キャリア(電子およびホール)およびフォノンを介して起こると考えられている。電気伝導性の材料は、主に、電荷キャリアを介して熱エネルギーを移動する傾向があり、一方、電気絶縁体および/または半導体材料は、主にフォノン輸送を介して熱エネルギーを移動する傾向がある。

0058

構成要素が似ていない材料である場合は、熱移動は、次記のうちの1つを介して起こると考えられている:(1)1つの電荷キャリアから別の電荷キャリアへ(典型的な例では、高電気伝導性材料、例えば、金属間のプロセス);(2)電荷キャリアからフォノンキャリアへ(典型的な例では、金属から絶縁体への熱移動プロセス);(3)1つのフォノンキャリアから別のフォノンキャリアへ(典型的な例では、1つの絶縁体から別の絶縁体への熱移動プロセス);および(4)フォノンキャリアから電荷キャリアへ(典型的な例では、絶縁体から金属への熱移動)。典型的な例では、電荷キャリア(例えば、電気伝導性金属)および半導体(例えば、ポリマー、一部のセラミックス、およびほとんどのカーボンナノチューブ(他にも多くの例がある))の間の熱移動である場合、強い、および/または過剰フォノン放出が起こる。

0059

今までモデル化努力により、熱伝導を改善する方法が立証された。例えば、図12は、第1の601および第2の602カーボンナノチューブの間の熱界面の先行技術を示す。熱界面600は、第1の601および第2の602カーボンナノチューブのオーバーラップ長さ605、および第1の601および第2の602カーボンナノチューブの間の分離距離607を含む。熱抵抗モデル化研究により、チューブ間のオーバーラップ長さ605が増加するに伴い、カーボンナノチューブ間の熱抵抗は、減少することが示された。これは、第1の601および第2の602カーボンナノチューブからのより多くの原子が、フォノン相互作用を介して熱交換できることによると考えられている。同様に、モデル化研究により、チューブからチューブへの熱抵抗は、分離距離607の減少と共に減少することが明らかになった。分離距離607の減少およびオーバーラップ長さ605の増加による熱抵抗の減少は、非線形であった。さらに、オーバーラップ長さ605および分離距離607の一方または両方の比較的小さな変化に対し、熱抵抗の指数関数オーダーの大きさの変化が観察された。モデル化研究から、熱界面抵抗の減少は、カーボンナノチューブが比較的大きなオーバーラップ長さで、比較的小さい分離距離の場合であると考えられている。さらに、モデル化研究により、カーボンナノチューブに沿っての熱移動は、主に、フォノンを介しており、また、隣接カーボンナノチューブ間の熱抵抗は、カーボンナノチューブおよび/または周辺マトリックス材料の間のフォノン−フォノン相互作用により実質的に制限されていることが示された。カーボンナノチューブおよび/または周辺マトリックス材料の間の熱抵抗の減少は、隣接カーボンナノチューブの間の熱移動を増やす1つの可能な方法である。隣接カーボンナノチューブ間の熱抵抗を減らす1つの方法は、隣接ナノチューブ間の全てではないにしても、少なくとも一部のフォノン−フォノン移動を電荷キャリア移動で置き換えることによる。

0060

いずれかの理論に拘泥することを望むものではないが、全てではないにしても、隣接ナノチューブ間の少なくとも一部のフォノン−フォノンの移動は、短い電子フォノン結合長さを有するコーティング材料をカーボンナノチューブに被覆することにより、電荷キャリア移動プロセス置換できると考えられている。例えば、短い電子フォノン結合長さを有するコーティングは、フォノンを電子に効率的に結合させる固有の能力を与えるものである。フォノンを荷電キャリアに結合させるこの能力は、荷電粒子プロセスを介してフォノンの形で実質的に熱エネルギーを伝えると考えられている。例えば、短い電子フォノン結合長さのコーティング材料は、効率的なフォノンから電子への熱エネルギー移動機序(例えば、電子および/またはホールホッピングまたはトンネリング)を利用して、高熱抵抗によるフォノン散乱および/またはフォノンロスを効率的に除去できる。換言すれば、短い電子フォノン結合長さのコーティング材料は、電子およびフォノン輸送プロセスを介して効率的な熱エネルギー輸送を提供する。

0061

短い電子フォノン結合長さを有する材料は、典型的な例では、半導体材料および電気伝導性材料である。半導体材料は、荷電粒子およびフォノンの片方または両方を介して、熱エネルギーを伝えることができる。高伝導性材料は、典型的な例では、荷電粒子を介して熱エネルギーを伝達する。

0062

実施例1−銀メッキカーボンナノチューブ
銀塩熱分解により銀金属でカーボンナノチューブを被覆した。銀金属に熱分解する銀塩のいくつかの例が知られている。親水性表面処理剤と一緒に提供された市販のカーボンナノチューブを利用して、直接銀金属コーティングを進めた。この表面化学作用は、カーボンナノチューブと塩複合体の間に密な接触を生成するように選択された。カーボンナノチューブをグラインディングによりすり込むことによりポリマーマトリックス中へ導入した。銀塩複合体を少しずつ添加し、グラインディングによりすり込むことによりカーボンナノチューブと銀塩複合体をポリマーマトリックス中にさらに分散させた。

0063

図13は、銀金属被覆カーボンナノチューブ1301の透過電子顕微鏡像である。図14は、銀金属被覆カーボンナノチューブの高解像度走査型トンネル電子顕微鏡像である。これらの顕微鏡像は、銀メッキが、図13の環状暗視野からのカーボンナノチューブ上の明るいスポット1303および図14明視野画像処理からのカーボンナノチューブ上のダークスポット1401として観察されることを示す。さらに、分析的方法により、金属銀の存在が確認された。

0064

図15は、高温へ徐々に加熱後のサーマルインターフェースマテリアルの走査電子顕微鏡像である。電子顕微鏡像では、カーボンナノチューブの表面上の明るいスポット像1505により示されるように、銀メッキが示される。高温へのゆっくりした加熱により、有機マトリックス材料を熱的に分解し、カーボンナノチューブの表面上に銀メッキを生ずる。

0065

いくつかの材料の組み合わせが、熱エネルギー移動を促進することが確認された。表1および2は、市販されている材料の組み合わせ例を示す。本発明は、一般的には、被覆グラフェン構造および/または短い電子フォノン結合長さを特徴とするマトリックス中に組み込まれたグラフェン構造の使用に関する。

0066

0067

実施例2−カーボンナノチューブ上のテルル化ビスマス結晶成長
テルル化ビスマス結晶をカーボンナノチューブの表面上に成長させ、半連続的コーティングを残し(図16)、それらの存在を分析的手段で確認した。その後、薄膜製作時にこれらの材料を、ポリマーマトリックス中に組み込んだ。

0068

実施例3−カーボンナノチューブおよび銀ナノワイヤ薄膜および/またはペースト
薄膜およびペースト試料をカーボンナノチューブおよび/または銀金属ナノワイヤの組込みにより調製した。カーボンナノチューブと銀ナノワイヤの共懸濁液から真空濾過法により試料を調製した。図13は、製作プロセスの模式図を示す。この図に示すように、懸濁液濃度が増加するに伴い、試料厚さおよび材料密度も増加する。

0069

これらの材料をポリマーマトリックス中にグラインディングによりすり込むことにより、カーボンナノチューブ−銀ナノワイヤペースト試料を調製した。ポリマーマトリックスの選択は、次の2つの主要因子に基づいていた:1)混合とすり込み時の高レベルカーボンナノチューブ分散を実証した以前の経験、および2)熱伝導性電気絶縁体材料の熱伝達特性標準試験方法であるASTM−D5470による熱伝導率測定に適したペーストを製作できる能力。有機溶媒中の銀ナノワイヤの懸濁液を、Seashell Technologies、Inc.(San Diego、CA)から入手し、有機溶媒をゆっくり蒸発させることにより、ポリマー−カーボンナノチューブ分散液に少しずつ加えた。

0070

カーボンナノチューブおよび/または銀金属ナノワイヤの組み込みにより薄膜およびペースト試料を調製した。カーボンナノチューブと銀ナノワイヤの共懸濁液から真空濾過法により試料を調製した。図17は、製作プロセスの模式図を示す。この図に示すように、懸濁液濃度が増加するに伴い、試料厚さおよび材料密度も増加する。このプロセスは、混合物を形成する溶媒中で懸濁、および/または溶解されたマトリックス材料を含んでも、含まなくてもよい溶媒中での細長い熱伝導性粒子の粒子状懸濁液の形成を含む。粒子状懸濁液は、超音波エネルギーに曝され、混合前の溶媒中で、懸濁された細長い熱伝導性粒子の分散が行われる。混合物は、好ましくは、真空濾過法を使って濾過され、細長い熱伝導性粒子の湿性マトリックスを形成する。湿性マトリックスに、熱および圧力の片方または両方を加えて、マトリックス材料中の細長い熱伝導性粒子のパーコレーションネットワークを形成する。

0071

図18は、ポリマーマトリックス中の被覆カーボンナノチューブに対する熱伝導率プロットの例を示す。200%以上の増加が実証された。表3は、熱伝導率データをまとめたものである。

0072

本開示のいくつかの変形と修正使用可能である。他のものがなくても、本開示のいくつかの特徴を提供することが可能であろう。

0073

種々の実施形態、構成、または態様による本開示は、実質的に本明細書で示し、記載したように、種々の実施形態、構成、態様、副組合せ、およびそれらのサブセット等の、部品、方法、プロセス、システム、および/または装置を含む。当業者なら、本開示を理解した後に、本開示対象の作製および使用方法を理解するであろう。本開示は、種々の実施形態、構成、および態様において、本明細書に示されていない、および/または記載されていない項目が無い場合、または、これに関する種々の実施形態、構成、または態様において、例えば、パフォーマンスの改善、実装の容易さ、および/またはコスト削減の実現のために、以前のデバイスまたはプロセスで使用されている可能性のある項目が無い場合を含め、デバイスおよびプロセスの提供を含む。

0074

本開示の前出の考察は、例示および説明の目的で提示されている。前出事項により、本開示を、本明細書で開示された形態または複数形態に限定することを意図するものではない。前出の詳細説明で、例えば、種々の本開示の特徴は、本開示の合理化のために、一緒にして、1つまたは複数の実施形態、構成、または態様にグループ化できる。実施形態、構成、または態様の特徴は、組み合わせて、上記で考察のもの以外の別の実施形態、構成、または態様にすることができる。この開示方法は、請求内容が各請求項中で明示的に記述されたものより多くの特徴を必要とするという意図を反映するものと解釈されるべきではない。むしろ、下記の請求項が示すように、発明の態様は、単一の前出で開示の実施形態、構成、または態様の全ての特徴より少ない特徴を有する。従って、下記の請求項は、本明細書によりこの詳細な説明中に組み込まれ、各請求項は、別々の好ましい本開示の実施形態として自立している。

実施例

0075

さらに、開示の説明は、1つまたは複数の実施形態、構成、または態様および特定の変形および修正の説明を含んでいるが、他の変形、組み合わせ、および修正は、本開示の範囲内であり、例えば、本開示を理解した後の当業者の技能と知識の範囲内でありうる。このような代替の、置き替え可能なおよび/または等価な構造、機能、範囲またはステップが本明細書で開示されているかどうかに関わらず、また、いずれかの特許可能内容を公共の用に供する意図もなく、請求内容に対する代替の、置き替え可能なおよび/または等価構造、機能、範囲またはステップを含む、許容される程度の代替の実施形態、構成、または態様を含む権利を得ることが意図されている。

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