基于聚合物金属酞菁衍生的金属/金刚石复合颗粒：界面优化与热管理性能提升

为应对高功率电子器件散热需求，研究人员通过聚合物金属酞菁（MPPc）前驱体涂层技术，开发了界面结合强度高、组分可调的金属/金刚石（M/Dia）复合材料。该材料通过碳化形成无缺陷的杂化碳中间层，显著提升热导率，并成功应用于环氧模塑料（EMC）中，为高效热管理提供了新方案。

　　

在人工智能与机器学习技术飞速发展的今天，高算力硬件如GPU和NPU的广泛应用带来了严峻的散热挑战。传统环氧模塑料（EMC）中使用的Al₂O₃和SiO₂填料热导率不足（分别约30和1.5 W·m^-1·K^-1），而金刚石（Dia）虽具有超高热导率（1000-2200 W·m^-1·K^-1），但其与金属的界面润湿性差导致复合材料（M/Dia）性能受限。针对这一难题，首尔大学的研究团队创新性地采用聚合物金属酞菁（MPPc）作为前驱体，通过π-π相互作用在Dia表面形成均匀涂层，经碳化后构建出无孔隙的杂化碳中间层，成功制备出36种组分可调的M/Dia复合材料，相关成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》。

研究团队主要运用了MPPc原位聚合涂层技术和可控碳化工艺。通过调节MPPc的金属中心（Cu/Ni/Fe）和连接基团，结合不同碳化条件，实现对中间层厚度和石墨化程度的精确调控。

材料与方法
MPPc@Dia通过金属酞菁单体在金刚石表面聚合形成，碳化过程中金属组分嵌入多层无定形碳中，形成紧密结合的杂化界面。

结果与讨论

1. 界面特性优化：杂化碳层与Dia的紧密接触消除了传统方法常见的孔隙缺陷，使Cu/Dia的热导率提升至传统方法的2.3倍。
2. 组分多样性：通过改变MPPc的金属中心和连接基团（如丙二醇/丙二硫醇），可合成含不同金属（Cu/Ni/Fe）或复合碳结构的M/Dia。
3. 应用验证：将Cu/Dia添加至液态EMC中，其热扩散系数较传统填料提高68%，证实了该材料在实际应用中的优越性。

该研究不仅解决了M/Dia界面结合的行业难题，其独特的MPPc衍生策略更为功能化碳基复合材料的设计提供了新范式。通过组分与结构的协同调控，这类材料在5G芯片、功率模块等高温电子器件中展现出广阔应用前景。