CN102695816B - 用于导热和导电的材料和方法 - Google Patents

Abstract

一种将碳纳米管热界面材料用于散热器的方法，该方法包括：通过化学气相沉积法将碳纳米管生长于所述散热器上；并且将所述碳纳米管压在金属表面以增加所述碳纳米管和所述金属表面之间的接触面积。增加的接触面积是与所述金属表面相接触的所述碳纳米管的面积。

Description

用于导热和导电的材料和方法

技术领域

本发明的某些具体实施方式涉及碳纳米管。更具体的，本发明的某些具体实施方式涉及基于热界面材料的碳纳米管。

背景技术

在微电子设备中的不断进步导致了更小型的电路板以及具有更快的速度和计算能力的处理器的大幅发展。由于这些新发展，在电路板上单位面积产生的总热量也增加了。因此，过热成了微电子设备中电子故障的主要原因之一。

为了解决过热的问题，散热器被用于从电子设备上带走热量。但是，除非处理器单元和散热器之间紧密接触，否则即使最好的散热器也不能进行有效地散热。热界面材料（“TIM”）被用于达到这个目的。这些热界面材料流动并在接触上符合固体的表面拓扑结构。因此，使紧密接触成为可能。现有的热界面材料由聚合物凝胶、垫板或液体制成。这些聚合物液体有些甚至可能具有陶瓷或金属颗粒或者基于相变材料来提高其导电性。然而，甚至对于最有效的系统，界面之间的热传递仍然是提高热流的障碍。这些材料试图将空气从系统中挤出来有效地提高处理器单元和散热器之间的热传递。为了有效并显著地提高热传递，可将少许导电颗粒（比如银）加入现有的热界面材料中。

然而，现有的热界面材料仍存在一些重大问题。在自然状态下为液体，这些材料在一段时间内有泄漏的趋势。这导致了时间上的降低效率和电路板的污染。在加入导电颗粒的情况下，污染可能导致短路。

如上所述，市售的热界面材料可以根据如下类别分类：（1）热脂，（2）热垫板，和（3）导电粘合剂，（3a）银环氧树脂，和（3b）有陶瓷颗粒分散于其中的丙烯酸酯粘合剂。基于热脂的热界面材料可能是硅基聚合物或其他具有合适粘度和熔点的聚合物。在自然界中为有机物，这些类型的热界面材料具有高热阻。有时加入导电填料来提高它们的热导率。这些导电填料可减小整体的体积电阻，但是界面之间的热传递可能不会非常有效，因为热传递可通过声子引起。这些热脂的其他主要缺点是它们在高温时的低粘度可能导致泄漏。因此，经过一段时间，它们的效率可能降低。这些热脂也不适用于空隙大的情况。

另外，相变材料可用作热垫板。这些热垫板的物理性质会随着温度而改变。通常用于热界面材料的相变材料在45-50℃附近可从固态转变成液态。这些热垫板比热脂更容易处理。安装之后，这些热垫板可能粘附到组件上。因此，将它们从组件上移除可能会造成一些损坏。相变材料通常被放在散热器和处理器之间，散热器被夹紧到位。这种情况的缺点在于这些材料在不同安装方式和工作温度下具有不同的物理性质，例如模量和流量。因此，它可能不能在最高效的状态下工作。填充银的环氧树脂可能具有非常高的热导率，但这些是刚性物质。如果两个连接面具有不同的热膨胀系数，在界面上的这些刚性区域可能造成损坏。具有膨胀和收缩空间的连接材料是理想的。图1总结了一些市售的热界面材料。所以，需要有一种更加高效、稳固的用于导热和导电的材料。市售的热界面材料的热导率如图1所示，可以注意到碳纳米管阵列（carbonnanotubearrays）比其他商业材料提供了明显更高的热导率。

在热界面材料的现有设计中，电子和辐射传热被当作设计方针。在块状结晶固体中声子传热可能是有冲击力的，但是在界面声子可能得到反射，因此导致界面之间的热传递效率低。在金属系统中，电子能量可以穿过界面。另一种让热流穿过界面的方式是辐射。

在合成碳纳米管基热界面材料上已经有了很多尝试。但是之前的所有尝试都存在以下不足：（1）薄膜不自立：已经对生长在铜或其他金属/硅基片上的碳纳米管的热阻进行了测试。这些系统不能用于商用。需要材料以自立热垫板的形式存在；（2）几何结构不可变：在许多情况下阵列是不适用的，这样它可使与粘合表面的接触面积最大化。这些紧密接触的大面积对于实现穿过界面的低热阻是非常重要的；（3）聚合物浸渍系统：在之前的系统里，碳纳米管分散在聚合物材料中，或者甚至在将排列整齐的纳米管用聚合物基体系浸渍的情况下，阵列完全嵌入聚合物中。这些几何结构不仅导致整个系统具有更高的模量（不紧密的接触导致更高的热阻），而且它还会导致整个系统具有更低的热导率；以及（4）低机械稳定性：对于商用的材料，需要高机械稳定性。这种高机械稳定性能够使这些系统容易搬运、包装、运输以及重复利用。基于上述情况，需要发展一种结构新颖的具有可变几何结构的自立金属碳纳米管阵列。

对于本领域的技术人员来说，通过与本申请剩余部分中参考附图提出的本发明的系统和方法进行对比，将使常规的、传统的、推荐的方法的限制和缺陷变得明显。

发明内容

本发明提供一种将碳纳米管热界面材料用于散热器的方法，该方法包括通过化学气相沉积法将碳纳米管生长于所述散热器上，并且将所述碳纳米管压在金属表面以增加所述碳纳米管和所述金属表面之间的接触面积。增加的接触面积是与所述金属表面相接触的所述碳纳米管的面积。

本发明还提供一种双面碳纳米管粘合带，该粘合带包括自立（freestanding）碳纳米管薄膜和导电粘合剂薄层。所述导电粘合剂加强了所述自立碳纳米管薄膜的中心部分。

本发明还提供一种双面仿壁虎（gecko-inspired）碳纳米管结构，该结构包括薄导电复合材料和通过化学气相沉积法生长于所述薄导电复合材料两侧的碳纳米管。

基于上述内容，本发明涉及具有可变几何结构的自立金属碳纳米管阵列的新型结构的发展。将这些结构设计成具有低电阻和低热阻。该结构被发展为具有机械稳定性的自立垫板，并且该结构在很大区域内形成（例如，5cm×5cm）。

本发明的特征和具体实施方式通过下列说明和附图将得到更好的理解。

附图说明

图1显示了现有技术中市售的热界面材料的热导率；

图2是根据本发明的实施例的用于热垫板的碳纳米管阵列的扫描电子显微镜（SEM）图，图上显示了排列整齐的碳纳米管阵列的边缘；

图3显示了用于形成隧穿垫（tunnelingpads）的碳纳米管的透射电子显微镜图；

图4显示了碳纳米管结构的拉曼光谱。所述拉曼光谱有三个主峰，G、G’和D。G峰是石墨层的典型特征（1580cm^-1），D和G’：二阶拉曼散射（SecondorderRamanscattering）。D峰的低强度表明在完整结构中具有低缺陷。狭窄的G峰段表明碳纳米管长程有序；

图5显示了具有较短长度（<100微米）的排列整齐的碳纳米管的缠结效应示意图，并表明只有少数缠结点；

图6显示了排列整齐的碳纳米管的缠结效应示意图，显示了对更长的碳纳米管阵列区域的放大；

图7显示了大面积的排列整齐的碳纳米管阵列基自立薄膜，显示了大面积（5cm×5cm）的排列整齐的碳纳米管薄膜（500微米厚）；

图8显示了用刀片从阵列中剥离的1cm×1cm的区域，该区域来自从碳纳米管阵列的更大区域中剥离的薄膜；

图9显示了在保持碳纳米管（CNT）阵列电导率的同时形成定向CNT-高弹复合材料结构的机理示意图，（A）将生长的CNT阵列降低至聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜上，（B）因为PDMS薄膜比CNT几何结构更薄，所以它不能完全淹没CNT阵列而只能通过毛细作用渗透到结构中，（C）然后将该结构倒置，并且高弹体允许在24小时期间内固化，更长的固化时间使得高弹体流入并在CNT阵列里形成网状；

图10显示了CNT-PDMS复合材料结构的高分辨率SEM图。该SEM图显示了CNT阵列的区域，其中，在该区域中，PDMS将自身束缚到不同的纳米管上以加强整体结构。在圆圈中的区域为PDMS束缚到多个CNT的区域；

图11显示了根据本发明实施例形成的CNT-PDMS复合材料结构。该结构仅在块体的中心部分有高弹层。该高弹层在不干扰与粘结表面形成紧密接触的能力的条件下给整体结构提供机械稳定性；

图12显示了根据实施例的CNT-PDMS-CNT复合材料结构的光学图；

图13显示了本发明实施例的五种不同几何结构的热阻图；

图14显示了根据ASTMD5470标准的对于本发明实施例中200微米热垫板在两个不同热通量值（22W/cm²和7W/cm²）下的温度曲线；

图15显示了被压在硅片上的碳纳米管结构的扫描电子显微镜（SEM）图；

图16显示了被用作导电粘合剂的碳纳米管的各种几何结构：（A）显示了可用作在两个金属接点之间的电或热连接的碳纳米管基导电粘合剂，（B）显示了作为导电粘合剂位于两块金属板之间的碳纳米管泡沫状结构，和（C）显示了仿壁虎的碳纳米管结构的自立稳定粘膜；以及

图17显示了用于制造及测试碳纳米管热界面材料的装置的实施方式：（A）显示了用于生长碳纳米管的化学气相沉积装置，（B）显示了在两个固体之间按压碳纳米管泡沫时测量碳纳米管热界面材料的电阻和热阻的设备，（C）显示了反映压缩下的碳纳米管结构形态的扫描电子显微镜（“SEM”）试样台，以及（D）显示了能从大气压到超高真空环境下运行的设备示意图，碳纳米管在试样台上并且第二电极是铟锡氧化物（“ITO”）玻璃，其中，铟锡氧化物玻璃能够被降低并与纳米管相接触，并且整个系统的电阻能够被监测作为压缩碳纳米管的功能。

具体实施方式

首先，碳纳米管（CNT）具有优异的传热性能。在本发明中将描述用作热界面材料的碳纳米管阵列的实施例，但是应当理解的是其他碳纳米结构也可以适当使用。在本发明中，热界面材料在界面之间提供增强并高效的热传递。关于碳纳米管类型的粘合剂，在传热、电子传导和粘合之间具有一定关系。本发明的碳纳米管基热界面材料（“TIM”）的设计是基于碳纳米管的机械性能、电气性能、热性能的定量研究。本发明可在适用于与现有散热器系统集成的几何结构上进行合成。在一个实施例中，合成排列整齐的多壁碳纳米管（MWCNT）以提高更高效的传热特性。在一方面，期望合成具有小直径但厚壁的纳米管几何结构。发现壁厚的碳纳米管的形成可增加他们的导电性。具有更高数量的壁的碳纳米管使其具有金属特性。但是，更厚的碳纳米管具有更高的模量，这会影响对其整合的能力。在此基础上，在实施例中，用化学气相沉积法合成具有预定直径（如10-15nm）的排列整齐的碳纳米管阵列。图2中显示了生长的碳纳米管阵列几何结构的扫描电子显微镜（SEM）图。在阵列中，单独的碳纳米管的构造和特征被设计成使热导率最大化，通过透射电子显微镜（TEM）可以更详细地观察到单独的碳纳米管的直径和壁厚。该实施例中用于形成隧穿垫的碳纳米管的TEM图如图3所示。由于TEM是在一个体积非常小的样本上进行的，可使用拉曼光谱来确认阵列中碳纳米管的有序程度。从拉曼光谱中可以观察到用化学气相沉积法生长的碳纳米管阵列具有长程有序的结构。图4显示了该实施例的碳纳米管阵列的拉曼光谱。如图4所示，所述拉曼光谱有三个主峰，G、G’和D。G峰是石墨层的典型特征（1580cm^-1）。其他峰，D和G’显示了二阶拉曼散射。D峰的低强度表明在完整结构中具有较低缺陷，同时狭窄的G峰段表明碳纳米管长程有序。

根据本发明的实施例，可以形成用作热界面材料的各种几何结构。已开发出用于碳纳米管基热垫板的两种几何结构。第一种几何结构包括自由浮动的排列整齐的碳纳米管阵列，以及第二种几何结构包括高弹体浸渍的碳纳米管阵列。关于自立的排列整齐的碳纳米管热垫板的实施例，参考图5和6。碳纳米管是具有高模量的长分子。由于它们的刚性结构，碳纳米管相比于聚合物分子具有高持久的长度。所述碳纳米管具有高持久的长度的特征对于给定高度的碳纳米管阵列所述结构如何做好自身缠结具有重要意义。对于给定的碳纳米管，可以观察到对于高度大约200微米的阵列，所述结构具有机械稳定性，这样它可从硅基片上剥离并用作自立薄膜。然而，这种缠结也导致整个阵列具有更高的刚性，因此减少了它们形成紧密接触的能力。图5和6显示了随着碳纳米管长度的变化，缠结程度是如何增长的，以及如何给予自立薄膜机械稳定性的。图5显示了具有较短长度（<100微米）的排列整齐的碳纳米管的缠结效应示意图，并表明只有少数缠结点，而图6显示了更长的排列整齐的碳纳米管阵列区域的放大示意图，表明了更高的缠结效应。对独立的碳纳米管进行研究。

本发明的一方面，期望在一个很大区域内形成所述碳纳米管阵列以适用于各种传热应用。在一个实施例中，形成了大面积的这些金属碳纳米管阵列。图7显示了实施例中碳纳米管阵列的光学图像。图7的光学图像显示了大面积（约5cm×5cm）的排列整齐的碳纳米管薄膜（约500微米厚）。所需形状和大小的热垫板例如能够从这些阵列中提取出来，或者单独的阵列可在最初由所需的大小形成。例如，图8显示了用手术刀片从基础阵列上分离的约1cm长的热垫板的光学图像。这种性能为碳纳米管热垫板的大规模生产和商业化作好了准备。因此大面积排列整齐的碳纳米管阵列可形成自立薄膜。

在另一个实施例中，从浸渍碳纳米管热垫板的高弹体形成了热界面材料。例如根据现有例子，用化学气相沉积法合成的几何结构具有机械完整性。为了CNT基TIM的预期使用，所述纳米管阵列和纳米管应该在各种机械应力（如压缩和拉伸）下都能保持结构完整性。为提高机械性能以满足各种应用，所述阵列可至少部分浸渍，其中，MWCNT的结构用软高弹体部分浸渍。举例来说，聚二甲基硅氧烷PDMS可用于这个目的。可以将PDMS预聚物溶液浇淋到基板上的排列整齐的纳米管结构上，所述PDMS预聚物溶液可以为重量比为10:1的基料/固化剂的粘性混合物。将纳米管阵列嵌入软聚合物基质中而不扰乱所述纳米管的形状、大小或排列。根据实施例可提供排列整齐的MWNT架构的特定架构，并且公认任何期望的架构都可形成。在一个实施例中，在所述软预聚物溶液中，在将纳米管结构部分嵌入基板后，可以将过量的聚合物溶液去除以获得制备的纳米管-PDMS复合材料薄膜的预期厚度。用这种方式，可以控制复合材料膜的厚度以对用于特定应用或环境下的装置进行优化。如图9所示，纳米管阵列200可在基板202上形成。所示纳米管200的自由端可插入由另一块基板204提供的PDMS预聚物溶液204中。然后将PDMS与渗透进纳米管块中的PDMS热固化，并随后，自立纳米管-PDMS复合材料薄膜210可从基板202和206上剥离下来。这个工艺可用作制作纳米管-PDMS复合材料薄膜，或者可以使用其他合适的工艺。在不同实施例中，MWNT结构的直径可以采用光刻法（photolithography）控制在1-500nm的范围内。在此实施例中，在PDMS渗入后，所述纳米管阵列具有从膜延伸的一部分纳米管，并随后完成聚合。可能将纳米管的期望的架构转移到薄膜上，以在PDMS基质中包括更小和/或更密集分布的纳米管架构，或者更大和/或分布密度较低的纳米管架构，如规模只有几纳米到几微米的结构。进一步，在聚合完成并随后从基板上剥离之后，这些结构有效地保持了由此产生的复合材料基质内的原始排列、形状和大小。为促进这些，可选择选定的聚合物材料来提供单独的纳米管之间的空间的保形填料（conformalfilling）。如果需要，可使用其他化学试剂或者选择聚合物材料来为纳米管架构提供相对湿度，以形成保持了原始纳米管架构的相对无缺陷的复合材料薄膜。根据本发明，虽然上述实施例中使用多壁碳纳米管，但是也可使用合乎本发明的其他碳纳米结构。相似的，虽然实施例中使用的聚合物是PDMS，但是也可将具有不同模量和柔韧性的其他高弹聚合物（例如玻璃态的PMMA）用于本发明预期的其他应用。能够使用各种聚合物的能力提供柔韧性以制定为任何期望的应用而制造的柔性基底。为了适用于各种应用，也可像所期望的一样控制化学特性。在本发明中，在用聚合物浸渍排列整齐的碳纳米管结构之后，所述几何结构没有失去它们的导电性和适应性（compliability）。为了在不牺牲生长的CNT阵列的性能的前提下提高机械性能，使用最少量的高弹体。为所需的浸渍，使用排列整齐的碳纳米管结构的毛细作用来在块状阵列中运输少量的高弹体的方法可被运用。在图10中示意性描述了该过程，其中，显示了CNT-PDMS复合材料结构的高分辨率SEM图。所述SEM图显示了CNT阵列的区域，其中，在该区域中，PDMS将自身束缚到不同的纳米管上以加强整体结构，圆圈中涉及了相关区域。

形成强化的排列整齐的碳纳米管结构的替换工艺如图11所示，其中，该图显示了形成了一种不同的CNT-PDMS复合材料结构250。结构250只在高弹体夹层252处的块体的中心部分具有高弹层。这些高弹层在不干扰与粘结表面形成紧密接触的能力的条件下给予整个结构250机械稳定性。例如可用市售的高粘度PDMS混合物（硅酮树脂186）或其他适合的聚合物材料来形成结构250。在两个排列整齐的阵列上形成PDMS薄膜，然后将阵列相连在一起形成结构250。将更高粘度的PDMS用于此工艺，这样无论在将其连接在一起之前或之后，它都不会迁移到块状CNT阵列中。为减少块状CNT阵列中PDMS链的迁移，也可使用更高的固化速率。图12中显示的结构250图是CNT-PDMS-CNT复合材料结构的光学图像。经测试，在20kPa负荷下，所述结构沿其厚度方向的电阻为5.6Ω。破裂的应力为400kPa。

根据本发明TIM的相关实施例，在不同样本上进行热流测量。热阻测量基于ASTMD5470标准。图13中比较了经测试的五种不同几何结构的热阻。所述五种不同几何结构包括样本S1，样本S1是从基板上剥离的200微米厚的生长的碳纳米管阵列。样本S2是从基板上剥离的500微米厚的生长的碳纳米管阵列。样本S3和S4是用如图9所示的工艺形成的分别为100和200微米厚的CNT-PDMS复合材料结构。样本S5为如图12所示的1mm厚的样本。

对于根据本发明的厚度小于200μm的碳纳米管热垫板，由于低热通量值，界面的热阻与铜块相当。因此，更高的热通量被用于上述计算。图14显示了在两种不同热通量值下200μm厚的碳纳米管阵列的温度曲线。该图显示的是根据ASTMD5470标准的在两种不同热通量值（22W/cm²和7W/cm²）下的温度曲线。可以观察到对于200微米厚的热垫板，对于低热通量的整个界面的温度下降相似于整个铜块的温度下降。但是在更高热通量下，能够观察到更高的温度下降。

根据本发明的CNT基TIM的实施例，提供了低热阻以及高机械完整性。在并未完全将CNT嵌入聚合物基质时，CNT与聚合物的复合材料结构也可以形成，并使所述复合材料结构适合其表面并为高效热传导提供增强的紧密表面接触。根据本发明形成的复合材料薄膜提供了极其柔韧的及可变形的基质，该基质可使薄膜被制作成任何期望的构型和几何结构，同时保持其内部的纳米结构构架。根据本发明的复合材料薄膜在施加于柔性复合材料上的大百分比应力的作用下提供了稳定的热传导特性。

根据本发明的CNT基TIM，包括单独的CNT，基于范德华力（“vdW”），该单独的CNT易于不用任何类型胶水或粘合剂粘附到表面。谈到图15，碳纳米管10可为了改善表面紧密接触而发展，该碳纳米管可变形并符合基板30的外形。基板30例如可以是硅片，如用于形成处理电路元件或相似物的硅材料，并且期望从该基板上导热。顺应性是一个通过至少两倍压力增加接触区域的因素。本发明的材料也可能具有更高的热稳定性和自我清洁特性。

所述碳纳米管10为固体物质，在该固体物质中，通过毛发状结构的形变来达到大面积接触。这些材料也可具有极少到无污染，并包括传热能力。如果两界面之间可达到有效电子接触，所述碳纳米管10也将具有有效的热接触。所述碳纳米管10也具有高热稳定性并且它们的特性不随其工作温度范围的改变而改变。所述碳纳米管10是高顺应性的材料并且可以通过变形以补偿粘附元件在热膨胀上的差异。

以下是碳纳米管TIM100的性能和优点。关于碳纳米管10的热导率，热导率对低体积热阻是必不可少的，并且所述碳纳米管10具有非常高的热导率。因此，所述碳纳米管10的体积热阻会相对较低。关于电导率，所述碳纳米管10是导电的。按照惯例，对于热界面材料100来说，更低的电导率是理想的。虽然电导率对处理器无害，但如果其他元件被污染，就可能发生短路。所述碳纳米管结构10具有机械稳定性并且可能不含有液体成分。因此，污染就显著减少了。关于扩散特性，期望热界面材料100具有良好的流动性，以使得处理器和/或散热器接触良好。所述碳纳米管10的特定模量是高度顺应的。本发明的碳纳米管10甚至可以与粗糙的表面形成紧密接触，这导致了更好的传热和流动效率。在碳纳米管10中的热流是电子的，这使得热流通过更高的界面。

所述仿壁虎的碳纳米管粘合剂100的其他特征和优点包括长期稳定因素，该因素包括污染敏感性、热稳定性、以及抗真菌性。关于污染敏感性，所述碳纳米管10展示了自我清洁的行为，假如颗粒物（如灰尘）落到所述碳纳米管10上，可通过对它们吹气或通过机械振动来清洁所述颗粒物。关于热稳定性，所述碳纳米管10可承受过热条件，本发明的实施方式例如可以承受高达400℃的高温，此温度远比典型的热界面材料指定的要高。关于抗真菌性，所述碳纳米管10是具有离域π电子的干燥结构。因此，在所述碳纳米管10上的真菌生长是最小化的。

关于应用便捷性，相比于现有的热界面材料（在自然状态下为液体或需要外界刺激，如热或化学刺激），本发明的碳纳米管10是干燥的、并且在生产后易于使用和/或再利用。所述碳纳米管10可在室温下应用而不必经过任何热处理，而其他热界面材料的类型可能会需要。关于粘附性，足够的粘附性有利于保持散热器上的热界面材料的稳定性。通常地，散热器与预加的热界面材料一起供给，并需要小心的运输，为的是热界面材料结构不被破坏。在本发明的实施例中，所述材料可之后施用，这样就不会在运输或处理过程中遭到严重损坏。在本发明的实施例中，所述碳纳米管热界面材料100具有高粘合性并且甚至在机械应力下仍然保持在散热器上。关于弹性模量，材料施加轻负载的形变能力对于各种应用的热界面材料都是期望的品质。然而，本发明的另一个实施例中使用了具有高度顺应性的CNT，其中，单独的碳纳米管10可能具有约1TPa的体积模量。碳纳米管刷10可表现得像软泡沫结构。

本发明的实施例包括系统100，该系统包括嵌入合适的、柔性的基质或衬板20中的多个或多壁结构的、垂直对齐的碳纳米管结构10。所述垂直对齐的碳纳米管结构10可生长于基板30上，例如，该基板为二氧化硅SiO₂，或其他使用化学气相沉积法的基板，或任何本领域技术人员能够理解的为了生长碳纳米管结构10的工艺的基板。为了达到高粘附性，所述热界面材料100可足够顺应以充分利用所接触的表面的形态。选择所述碳纳米管10的合适的直径来达到紧密接触的目的。图15显示了在扫描电子显微镜下压缩的碳纳米管结构10，也显示了所述碳纳米管10在尾部弯曲并屈曲，以形成大面积接触。本发明实施方式的碳纳米管结构10可包括约8nm的平均直径，该结构是可形变的高度顺应的泡沫状结构，并增加两倍或更多的接触面积，并适应表面的形态。

关于粘附性，为了实现测量和表征，将嵌入柔性衬板20（合成带）中的所述垂直对齐的纳米管结构10压在各种表面上，并以恒定速度拉至与表面平行。可以观察到，所述碳纳米管材料100具有与亲水和疏水表面相似的粘附特性。此外，所述碳纳米管10可通过机械振动或吹气来净化。需要高粘附性不仅为了更好地传输能量，而且也为了整个系统的稳定性。上述性能和特点有助于所述碳纳米管热界面材料100用作可逆导电粘合剂。

所述CNT与表面的外形相适应并与所述表面形成紧密接触。这种紧密接触增强了范德华力。在本发明中，在大约750℃下，垂直对齐的碳纳米管10可生长于玻璃、硅片、具有二氧化硅层的硅片、金属表面、以及任何本领域技术人员所知的其他表面上。对所述碳纳米管10的直径和机械性能进行选择以达到高摩擦力和高剪切力。用于所述碳纳米管热界面材料100的所述碳纳米管10的直径可为8-10nm且高度可为100-400微米。碳纳米管10的丛林（forest）具有非常低的模量并可经过不可逆压缩来与其他材料表面形成高接触面积。图15显示了压缩与金涂层硅片30接触的碳纳米管10的图像。碳纳米管10的压缩性形成了与晶片30表面非常紧密的接触。所述碳纳米管10符合表面的外形，并能够在光滑和粗糙的表面上工作。碳纳米管10可通过施加的压力增加两倍接触面积。相比较而言，更大直径的碳纳米管具有更高的模量，而粘附力则弱于更软的碳纳米管。

图16A显示了被开发用作导电碳纳米管粘合剂100的几何结构示意图，该粘合剂也可用作在两个金属或非金属接点或基板40之间的电连接或热连接。所述碳纳米管热材料100可用作热界面材料，其中，如图16B所示，碳纳米管热材料100可为自立薄膜，该薄膜作为导电粘合剂被合并在两个表面或金属板30之间。如图16C所示，通过如前所述的中央导电PDMS约束的CNT的结构也可允许任何一侧用作接触表面。所述碳纳米管材料100是高度顺应的并且在特殊表面之间提供紧密接触。

本发明的实施例使碳纳米管10生长于基板30（如二氧化硅SiO₂）上，然后转移到散热器上。这种几何结构可能有利于散热器厂家出售带有预加热界面材料的散热器。本发明的另一种实施方式为双面碳纳米管粘合带100，该粘合带为用导电粘合剂薄层加强了中心部分的自立碳纳米管薄膜。这种几何结构可能有利于热界面材料单独出售。然而，本发明的另一种实施方式为双面碳纳米管结构100，该结构在导电复合材料（如铜/铝薄膜）的两侧生长碳纳米管100。

图17显示了用于制造及测试碳纳米管热界面材料100的装置的实施方式：（A）显示了用于生长碳纳米管10的化学气相沉积装置，（B）显示了在按压在两个固体之间的碳纳米管泡沫100时测量碳纳米管热界面材料100的电阻和热阻的设备，（C）显示了反映压缩下的碳纳米管结构10形态的扫描电子显微镜（SEM）试样台（stub），以及（D）显示了能从大气压到超高真空环境下运行的设备示意图，碳纳米管10在铜试样台上并且第二电极是铟锡氧化物（“ITO”）玻璃，其中，铟锡氧化物玻璃能够被降低并与碳纳米管10相接触，并且整个系统的电阻能够被监测作为压缩碳纳米管10的功能。

虽然本申请要求保护的主题已参考某些实施方式来描述，但应当理解的是，对于本领域技术人员来说，在不偏离要求保护的主题的范围的前提下，可以作出各种修改和替换。另外，在不偏离要求保护的主题的范围的前提下，就该要求保护的主题的教导而言，可作出多种修改以适应特定的情况或材料。因此，本发明的意图是要求保护的主题并不被公开的特定几种实施方式所限制，而且要求保护的主题将包括所有落入随附权利要求中的实施方式。

Claims (4)

1.一种电连接或热连接基板组件，该基板组件包括：

第一基板；

第二基板；以及

在所述第一基板以及第二基板之间延伸的柔性导电碳纳米管粘合剂，所述柔性导电碳纳米管粘合剂具有包括第一端和第二端的第一垂直排列的碳纳米管阵列以及包括第一端和第二端的第二垂直排列的碳纳米管阵列，所述第一垂直排列的碳纳米管阵列的第一端和所述第二垂直排列的碳纳米管阵列的第一端通过导电高弹体薄层或聚合物薄层连接，其中，所述第一垂直排列的碳纳米管阵列的第二端与所述第一基板接触，所述第二垂直排列的碳纳米管阵列的第二端与所述第二基板接触。

2.根据权利要求1所述的基板组件，其中，所述柔性导电碳纳米管粘合剂是自立碳纳米管薄膜。

3.一种自立双面碳纳米管结构，该双面碳纳米管结构包括：

一种柔性高弹体或聚合物夹层，

从所述柔性高弹体或聚合物夹层的第一侧延伸出的第一碳纳米管阵列；以及

从所述柔性高弹体或聚合物夹层的相对应的第二侧延伸出的第二碳纳米管阵列，所述第二碳纳米管阵列与所述第一碳纳米管阵列是分隔开的。

4.根据权利要求3所述的双面碳纳米管结构，其中，所述柔性高弹体或聚合物夹层是聚二甲基硅氧烷。