复合微结构特征对BN/Cu界面导热行为的影响规律及机制

批准号:
51901129
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
刘悦
依托单位:
学科分类:
E0105.金属基复合材料与结构功能一体化
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
高导热金属基复合材料在包括空天和电子在内的诸多领域有重大需求,复合微结构因素(如位错密度、晶体取向等)对界面导热行为作用复杂,研究其影响机制可促进这类材料的制备优化和性能提高。本项目拟采用将多种界面微结构因子加以“孤立”并单独改变的研究方法,通过磁控溅射技术制备一系列能够模拟复合材料界面(含邻近区域)的c-BN/Cu和h-BN/Cu双层和多层薄膜,并基于对各薄膜生长特征和界面结构的研究,揭示晶格失配度和层厚对金属层中位错密度的影响规律。通过对c-BN/Cu和h-BN/Cu复合薄膜与导热行为关系的研究,进一步揭示界面晶体取向、弹性形变、以及金属层中位错密度对界面热导的影响规律。结合以上实验研究结果和现有的界面热导模型,建立复合材料界面(含邻近区域)各微结构特征参数与界面热导耦合关系的模型,为高导热Cu基复合材料的界面优化设计提供实验和理论支撑。
英文摘要
Metal-matrix composites with high thermal conductivity have great demand in aerospace and electronics industrial applications. Since microstructure characteristics (such as dislocation density, crystal orientation, elastic strain, etc) have complex effects on the thermal conductivity of interface, exploring their coupling effect can assist further improvement of the materials properties and fabrication process. In this project, we propose to design and fabricate a series of c-BN/Cu and h-BN/Cu bilayers and multilayers by magnetron sputtering, and investigate relationship between interface structure and interfacial thermal conductivity. The BN/Cu interface and adjacent regions will be used to mimic the interface region in composite materials. The different structures of c-BN and h-BN can be controlled by substrate orientation, deposition rates and substrate bias. The formation mechanisms of misfit dislocations in these films as a function of thickness will be examined. By studying the thermal conductivity of these films, the role of the microstructure characteristics including the crystal orientation, elastic deformation and dislocation density on the thermal conductivity of the interface will be further revealed. Based on the experimental results and the existing interfacial thermal conductivity models, a modified model considering the coupling relationship between the interface microstructural parameters and the interfacial thermal conductivity will be established. This project will be beneficial to the synthesis of high thermal conductivity copper-matrix composites.
高导热金属基复合材料在航空航天、微电子等领域具有重要应用前景,然而界面微结构特征(取向、厚度和缺陷等)对界面热阻影响机制复杂,使其导热性能的进一步提升受到显著限制。为揭示单一界面特征参数对界面导热行为的影响规律和机制,本项目以石墨烯/铜、金刚石/铜和氮化硼/铜界面为研究对象,围绕界面特征与界面声电散射及耦合行为的关键科学问题,开展了复合界面微结构调控和时域热反射界面热导测试等方面的研究。通过阐明界面微结构对界面导热性能的影响规律,揭示了界面特征对界面热载能粒子的作用机制,并基于界面声子反转弛豫时间和声子穿透系数,定量建立了界面特征-界面热导的内在关联性。当前研究结果可为通过调控和优化界面取向、厚度和缺陷等特征参数以实现高导热金属基复合材料的制备提供实验支撑和理论依据。
期刊论文列表
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Anisotropic thermal conductivity and associated heat transport mechanism in roll-to-roll graphene reinforced copper matrix composites
卷对卷石墨烯增强铜基复合材料中的各向异性导热率和相关热传输机制
DOI:10.1016/j.actamat.2020.07.021
发表时间:2020-09
期刊:Acta Materialia
影响因子:9.4
作者:Kunming Yang;Youcao Ma;Zhongyin Zhang;Jie Zhu;Zhibo Sun;Jinsong Chen;Haohao Zhao;Jian Song;Quan Li;Naiqi Chen;Houyu Ma;Jia Zhou;Yue Liu;Tongxiang Fan
通讯作者:Tongxiang Fan
Enhanced defect annihilation capability of the graphene/copper interface: An in situ study
石墨烯/铜界面增强的缺陷消除能力:原位研究
DOI:10.1016/j.scriptamat.2021.114001
发表时间:2021-10
期刊:Scripta Materialia
影响因子:6
作者:Kunming Yang;Pengzheng Tang;Qi Zhang;Houyu Ma;Enqing Liu;Meimei Li;Xinghang Zhang;Jin Li;Yue Liu;Tongxiang Fan;Reza Namakian
通讯作者:Reza Namakian
Orientation independent heat transport characteristics of diamond/copper interface with ion beam bombardment
离子束轰击金刚石/铜界面的方向独立热传输特性
DOI:10.1016/j.actamat.2021.117283
发表时间:2021-09
期刊:Acta Materialia
影响因子:9.4
作者:Kunming Yang;Zhongyin Zhang;Haohao Zhao;Bihuan Yang;Boan Zhong;Chen Naiqi;Jian Song;Chu Chen;Dawei Tang;Jie Zhu;Yue Liu;Tongxiang Fan
通讯作者:Tongxiang Fan
Quantifying elastic strain near coherent twin interface in magnesium with nanometric resolution
以纳米分辨率量化镁中相干孪晶界面附近的弹性应变
DOI:10.1016/j.matchar.2019.110082
发表时间:2020-02
期刊:Materials Characterization
影响因子:4.7
作者:Jinsong Chen;Yue Liu;Rodney J McCabe;Jian Wang;Carlos N.Tomé
通讯作者:Carlos N.Tomé
Enhanced Heat Transport Capability across Boron Nitride/Copper Interface through Inelastic Phonon Scattering
通过非弹性声子散射增强氮化硼/铜界面的热传输能力
DOI:10.1002/adfm.202206545
发表时间:2022-07
期刊:Advanced Functional Materials
影响因子:19
作者:Jingjing Wang;Ziyang Wang;Kunming Yang;Naiqi Chen;Jiamiao Ni;Jian Song;Quan Li;Fangyuan Sun;Yue Liu;Tongxiang Fan
通讯作者:Tongxiang Fan
界面微结构特征对BN/Cu复合薄膜导电及扩散行为的影响机制研究
- 批准号:--
- 项目类别:--
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2021
- 负责人:刘悦
- 依托单位:
附睾二硫键异构酶A3(PDIA3)调控蛋白巯基氧化还原参与精子成熟的分子机制
- 批准号:--
- 项目类别:--
- 资助金额:54万元
- 批准年份:2021
- 负责人:刘悦
- 依托单位:
附睾二硫键异构酶A3(PDIA3)调控蛋白巯基氧化还原参与精子成熟的分子机制
- 批准号:82171595
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:54.00万元
- 批准年份:2021
- 负责人:刘悦
- 依托单位:
VAPA参与精子形成的机制研究
- 批准号:81971437
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:55.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:刘悦
- 依托单位:
JMY蛋白调节Sertoli细胞连接的分子机制研究
- 批准号:81701503
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:20.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:刘悦
- 依托单位:
国内基金
海外基金
