
随着各种电子产品向更小、更轻、更薄及多功能化发展,集成电路器件的集成度也越来越高,这也是未来电子产业的发展趋势。大规模的集成电路需要极高密度的电子器件,这必然会引起器件在工作时发热密度的上升,从而提高整个系统的工作温度。而长期的高温工作状态将会极大的降低电子元器件(芯片)的稳定性、可靠性及寿命。
电子元器件(芯片)散热,尤其是电子元器件(芯片)结构中无机金属材料/高分子聚合物的界面散热,是直接影响到电子元器件的稳定性、可靠性和寿命的核心问题。环氧树脂因质量轻、绝缘性好等优良的性能常被用作电子封装材料,目前硅芯片器件中的epoxy/cu界面存在散热热阻过大的问题,虽然现有的技术将高导热填料与环氧树脂进行复合进而提高导热性,但环氧树脂基复合材料与cu之间仍然难于形成互通良好的导热网络,聚合物基复合材料与无机金属材料之间的声子共振通道(界面)仍未建立好,界面高热阻效应仍未得到实质的解决。因此,开发一种电子封装材料从根本上解决cu/epoxy界面散热的问题是很有必要的。
为了解决上述背景技术中所提出的问题,本发明的目的在于提供一种电子封装材料及其制备方法和应用。
为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案为:一方j6国际面,本发明提供了一种环氧化合物在降低界面热阻中的应用,所述环氧化合物为
进一步地,所述环氧化合物与cu之间形成cu-o离子键,所述cu-o离子键的形成产生的电荷转移将会削弱环氧分子的热阻从而导致环氧分子本身的热导增强。
进一步地,所述环氧化合物的制备方法为:将环氧树脂、固化剂和固化促进剂混合后进行固化得到环氧化合物;
优选地,所述的制备所用的环氧树脂为邻甲酚酚醛环氧树脂、双酚f型环氧树脂,优选地,所述邻甲酚酚醛环氧树脂为邻甲酚酚醛环氧树脂-e45型,所述双酚f型环氧树脂为双酚f型环氧树脂-e51型;优选地,所述固化剂选自甲基六氢苯酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐中的至少一种;优选地,所述固化促进剂选自n,n-二甲基苄胺、2.4.6-三(二甲胺基甲基)苯酚中的至少一种;优选地,所述环氧树脂、固化剂、固化促进剂的质量比为100:100~110:1,更优选为100:105:1;优选地,所述固化的温度程序为:30℃经过20min加热到120℃,120℃恒温保持3h,再经过10min加热到140℃,140℃恒温保持3h,再经过10min加热到160℃,160℃恒温保持4h,最后经过8h降温到30℃;
优选地,所述的制备所用的环氧树脂为邻甲酚酚醛环氧树脂、双酚f型环氧树脂,优选地,所述邻甲酚酚醛环氧树脂为邻甲酚酚醛环氧树脂-e45型,所述双酚f型环氧树脂为双酚f型环氧树脂-e51型;优选地,所述固化剂选自甲基六氢苯酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐中的至少一种;优选地,固化促进剂选自n,n-二甲基苄胺、2.4.6-三(二甲胺基甲基)苯酚中的至少一种;优选地,所述地,所述环氧树脂、固化剂、固化促进剂的质量比为100:100~110:1,更优选为100:105:1;优选地,所述固化的温度程序为:30℃经过20min加热到75~80℃,然后恒温保持3h,再经过10min加热到100~120℃,再恒温保持3h,再经过10min加热到140℃,140℃恒温继续保持4h,最后经过8h降温到30℃;
优选地,所述的制备所用的环氧树脂为双酚a型环氧树脂,优选地,所述双酚a型环氧树脂为双酚a型环氧树脂-e20型;优选地,所述固化剂选自甲基六氢苯酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐中的至少一种;优选地,固化促进剂选自n,n-二甲基苄胺、2.4.6-三(二甲胺基甲基)苯酚中的至少一种;优选地,所述地,所述环氧树脂、固化剂、固化促进剂的质量比为100:100~110:1,更优选为100:105:1;优选地,所述固化的温度程序为:30℃经过20min加热到50~75℃,然后恒温保持3h,再经过10min加热到80~100℃,再恒温保持3h,再经过10min加热到120℃,120℃恒温继续保持4h,最后经过8h降温到30℃;
优选地,所述的制备所用的环氧树脂为双酚a型环氧树脂,优选地,所述双酚a型环氧树脂为双酚a型环氧树脂-e20型;优选地,所述固化剂选自甲基六氢苯酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐中的至少一种;优选地,固化促进剂选自n,n-二甲基苄胺、2.4.6-三(二甲胺基甲基)苯酚中的至少一种;优选地,所述地,所述环氧树脂、固化剂、固化促进剂的质量比为100:100~110:1,更优选为100:105:1;优选地,所述固化的温度程序为:30℃经过20min加热到90~110℃,然后恒温保持3h,再经过10min加热到120~130℃,再恒温保持3h,再经过10min加热到150℃,150℃恒温继续保持4h,最后经过8h降温到30℃。
另一方面,本发明提供了一种电子封装材料,包括环氧树脂、固化剂、固化促进剂,所述环氧树脂、固化剂和固化促进剂混合固化后得到环氧化合物,所述环氧化合物为
进一步地,当所述环氧化合物为时,所述环氧树脂为邻甲酚酚醛环氧树脂、双酚f型环氧树脂,优选地,所述邻甲酚酚醛环氧树脂为邻甲酚酚醛环氧树脂-e45型,所述双酚f型环氧树脂为双酚f型环氧树脂-e51型;优选地,所述固化剂选自甲基六氢苯酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐中的至少一种;优选地,所述固化促进剂选自n,n-二甲基苄胺、2.4.6-三(二甲胺基甲基)苯酚中的至少一种;优选地,所述环氧树脂、固化剂、固化促进剂的质量比为100:100~110:1,更优选为100:105:1;优选地,所述固化的温度程序为:30℃经过20min加热到120℃,120℃恒温保持3h,再经过10min加热到140℃,140℃恒温保持3h,再经过10min加热到160℃,160℃恒温保持4h,最后经过8h降温到30℃;
优选地,当所述环氧化合物为时,所述环氧树脂为邻甲酚酚醛环氧树脂、双酚f型环氧树脂,优选地,所述邻甲酚酚醛环氧树脂为邻甲酚酚醛环氧树脂-e45型,所述双酚f型环氧树脂为双酚f型环氧树脂-e51型;优选地,所述固化剂选自甲基六氢苯酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐中的至少一种;优选地,固化促进剂选自n,n-二甲基苄胺、2.4.6-三(二甲胺基甲基)苯酚中的至少一种;优选地,所述地,所述环氧树脂、固化剂、固化促进剂的质量比为100:100~110:1,更优选为100:105:1;优选地,所述固化的温度程序为:30℃经过20min加热到75~80℃,然后恒温保持3h,再经过10min加热到100~120℃,再恒温保持3h,再经过10min加热到140℃,140℃恒温继续保持4h,最后经过8h降温到30℃;
优选地,当所述环氧化合物为时,所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂,优选地,所述双酚a型环氧树脂为双酚a型环氧树脂-e20型;优选地,所述固化剂选自甲基六氢苯酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐中的至少一种;优选地,固化促进剂选自n,n-二甲基苄胺、2.4.6-三(二甲胺基甲基)苯酚中的至少一种;优选地,所述地,所述环氧树脂、固化剂、固化促进剂的质量比为100:100~110:1,更优选为100:105:1;优选地,所述固化的温度程序为:30℃经过20min加热到50~75℃,然后恒温保持3h,再经过10min加热到80~100℃,再恒温保持3h,再经过10min加热到120℃,120℃恒温继续保持4h,最后经过8h降温到30℃;
优选地,当所述环氧化合物为时,所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂,优选地,所述双酚a型环氧树脂为双酚a型环氧树脂-e20型;优选地,所述固化剂选自甲基六氢苯酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐中的至少一种;优选地,固化促进剂选自n,n-二甲基苄胺、2.4.6-三(二甲胺基甲基)苯酚中的至少一种;优选地,所述地,所述环氧树脂、固化剂、固化促进剂的质量比为100:100~110:1,更优选为100:105:1;优选地,所述固化的温度程序为:30℃经过20min加热到90~110℃,然后恒温保持3h,再经过10min加热到120~130℃,再恒温保持3h,再经过10min加热到150℃,150℃恒温继续保持4h,最后经过8h降温到30℃;
再一方面,本发明提供了一种上述任一所述的电子封装材料的制备方法,包括以下步骤:
进一步地,所述环氧树脂为双酚f型环氧树脂、邻甲酚酚醛环氧树脂、双酚a型酚醛环氧树脂;
优选地,所述固化剂选自甲基六氢苯酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐中的至少一种;
优选地,所述固化促进剂选自n,n-二甲基苄胺、2.4.6-三(二甲胺基甲基)苯酚中的至少一种;
优选地,所述环氧树脂、固化剂、固化促进剂的质量比为100:100~110:1,更优选为100:105:1。
再一方面,本发明提供了一种上述任一所述的电子封装材料在电子元器件中的应用。
再一方面,本发明提供了一种电子元器件,包括铜、电子封装层,所述电子封装层由上述任一所述的电子封装材料固化而成;
本发明的有益效果是:本发明的电子封装材料与cu之间通过形成环氧化合物形成互通良好的导热网络,建立了声子共振通道(界面),界面高热阻效应得到实质的解决。
图1为实施例1根据设置界面层间距大小不同,优化前后的结构和总能量对比图;
图2为实施例1中e1和cu001形成的界面结构优化前后对比图,考虑了不同的分子取向和接触形式;
图3为实施例1中e1/cu001界面电荷态,cu-o键型和范德瓦尔斯型界面的差分电荷密度分布图;
图5为实施例2中e11和cu001形成的界面结构优化前后对比图,考虑了不同的分子取向和接触形式;
图6为实施例2中e11/cu001界面电荷态,cu-o键型和范德瓦尔斯型界面的差分电荷密度分布图;
图8为实施例3中e2和cu001形成的界面结构优化前后对比图,考虑了不同的分子取向和接触形式;
图9为实施例3中e2/cu001界面电荷态,cu-o键型和范德瓦尔斯型界面的差分电荷密度分布图;
图11为实施例4中e22和cu001形成的界面结构优化前后对比图,考虑了不同的分子取向和接触形式;
图12为实施例4中e22/cu001界面电荷态,cu-o键型和范德瓦尔斯型界面的差分电荷密度分布图;
以下,将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而,可以以许多不同的形式来实施本发明,并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反,提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用,从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
一种电子封装材料,包括邻甲酚酚醛环氧树脂(环氧值为e45,购自无锡市长干化工有限公司)、甲基六氢苯酐、n,n-二甲基苄胺;所述邻甲酚酚醛环氧树脂e45、甲基六氢苯酐、n,n-二甲基苄胺的质量比为100:105:1。
制备方法:将邻甲酚酚醛环氧树脂e45、甲基六氢苯酐、n,n-二甲基苄胺混合均匀即得到电子封装材料。
性能测试:1)选用长宽为25.4×25.4mm,厚度为2mm的铜片;所述的铜片分别用丙酮,无水乙醇,去离子水超声清洗15min,并线)将制备得到的电子封装材料等量的铺平在铜片的表面;
3)将2)中的样品放进线min;然后放进电热鼓风干燥箱中固化,所述的固化温度程序为:室温30℃经过20min加热到120℃,120℃恒温保持3h,再经过10min加热到140℃,140℃恒温保持3h,再经过10min加热到160℃,160℃恒温保持4h,最后经过8h降温的室温30℃;
4)将3)中固化好的样品用砂纸打磨,保持厚度一致,所述环氧树脂层的厚度控制在0.2-0.7mm。电子封装材料固化后得到
通过计算机模拟,首先探索了范德瓦尔斯层间距对结构和稳定性的影响,初始设置e1与铜片之间的不同间距,然后进行优化,优化前后的结构和总能量对比图如图1所示,图1给出了两种层间距结构的优化前后对比情况。初始结构e1-1中,层间距为
用vasp软件进行优化,在密度泛函理论的框架内,在投影缀加平面波(paw)赝势方法的基础上,采用维也纳从头算模拟程序包(vasp)优化晶格参数,晶格结构的优化采用的是共轭梯度算法(conjugate-gradientalgorithm),进而计算各种相关的电子性质与结构,交换关联泛函采用的是广义梯度近似(gga)下的perdew-burke-ernzerh(pbe)泛函。截断能数值设置为600ev,优化过程中布里渊区的k点设置为monkhorst-pack的的间隔分布,电子总能量自洽计算的k点间隔设为将能量收敛标准设为10-6ev,力的收敛标准则为优化后,两个结构的层间距分别为和我们发现,忽略掉误差,尽管初始的界面层间距不同,但是优化后的结构(包括层间距)和能量都一样。这表明界面处形成范德瓦尔斯层时,层间距的大小不影响界面处的结构和稳定性。其次,探索了e1分子的取向性和接触形式对界面结构和稳定性的影响,图2显示了e1和cu001形成的界面结构优化前后的结合能对比,优化前是e1的原始结构,优化后是更稳定的结构,考虑了不同的分子取向和接触形式。对e1分子,在建立的界面结构中,我们改变了分子取向以及界面处的原子间接触形式,如图2,有“平躺式”、竖立倾斜式、c原子更接近cu原子和o原子更接近cu原子等几种情况。我们可以发现,与范德瓦尔斯型接触比,界面处cu-o键形成的界面型结构更稳定,能量相差大于0.25-0.3ev。在键形式界面模型中,cu-o键是唯一选择,其它键形式,如cu-c键不存在;另外cu-o-cu键形式也会降低界面的稳定性(如图2右下),但是cu-o键形式且cu-o层间距约为
再次,e1/cu001界面电荷态,cu-o键型和范德瓦尔斯型界面的差分电荷密度分布如图3所示。如图3左图所示,范德瓦尔斯层界面处不存在电荷转移,而右图cu-o键处则有大量的电荷转移,由此得出结论,范德瓦尔斯层界面处不存在或存在非常少量的电荷转移,而cu-o键的形式导致了电荷的转移。通过计算badcharge参数,得到电荷cu-o键处电荷转移量大概为1.4e,而范德瓦尔斯型界面结构的电荷转移量不足0.3e。这种大的电荷转移会导致热量传递的增强。
再次,e1/cu001界面电子总能态密度分布,如图4所示,费米能级设置在零能级位置,费米能级以下电子态密度峰主要来自于cu-3d态,费米能级以上电子态峰主要来自于c-2p和o-2p态。从整体看,既然费米能级处不存在较大的带隙,而是出现了少量的电子态,这说明cu-3d电子态与c-2p/o-2p电子态在费米能级处建立了能量传输通道,这与电荷从cu-3d轨道到c-2p和o-2p轨道的转移相对应。
从界面结构的电荷分布和电子态密度分布可以得知:本发明cu-o离子键形成产生的电荷转移将会削弱环氧分子的热阻从而导致环氧分子本身的热导增强。
一种电子封装材料,包括双酚f型环氧树脂(环氧值为e51,购自无锡市长干化工有限公司)、甲基六氢苯酐、n,n-二甲基苄胺;所述双酚f型环氧树脂e51、甲基六氢苯酐、n,n-二甲基苄胺的质量比为100:105:1。
制备方法:将双酚f型环氧树脂e51、甲基六氢苯酐、n,n-二甲基苄胺混合均匀即得到电子封装材料。
性能测试:1)选用长宽为25.4×25.4mm,厚度为2mm的铜片;所述的铜片分别用丙酮,无水乙醇,去离子水超声清洗15min,并线)将制备得到的电子封装材料等量的铺平在铜片的表面;
3)将2)中的样品放进线min;然后放进电热鼓风干燥箱中固化,所述的固化温度程序为:室温30℃经过20min加热到80℃,80℃恒温保持3h,再经过10min加热到120℃,120℃恒温保持3h,再经过10min加热到140℃,140℃恒温保持4h,最后经过8h降温的室温30℃;
4)将3)中固化好的样品用砂纸打磨,保持厚度一致,所述环氧树脂层的厚度控制在0.2-0.7mm。电子封装材料固化后得到
与cu之间形成cu-o离子键,所述cu-o离子键的形成产生的电荷转移将会削弱环氧分子的热阻从而导致环氧分子本身的热导增强。(本申请固化过程中对于试验温度和时间的精确把握导致了两个cu-o键的形成)
通过计算机模拟,主要是用vasp软件进行计算。在密度泛函理论的框架内,在投影缀加平面波(paw)赝势方法的基础上,采用维也纳从头算模拟程序包(vasp)优化晶格参数,晶格结构的优化采用的是共轭梯度算法(conjugate-gradientalgorithm),进而计算各种相关的电子性质与结构,交换关联泛函采用的是广义梯度近似(gga)下的perdew-burke-ernzerh(pbe)泛函。截断能数值设置为600ev,优化过程中布里渊区的k点设置为monkhorst-pack的的间隔分布,电子总能量自洽计算的k点间隔设为将能量收敛标准设为10
ev,力的收敛标准则为首先观察了分子取向以及界面接触形式对界面结构的影响,如图5。同e1型界面结构类似,cu-o键的形成更利于界面结构的稳定,范德瓦尔斯型界面比cu-o键型界面的总能量高约0.4ev。同时比较图5的左上图和左下图,左上图中两个o中的一个和cu呈键,而在左下图中看到两个o均与cu呈键,故我们得出结论,对于e11型的共轭分子,两个o原子都与cu原子呈键更利于结构稳定。比较图5的右上图和右下图,虽然同是范德瓦尔斯力驱动了界面结构的形成,但是我们看到在右上图中o原子背离cu表面,而在右下图中两个o原子面向cu原子,右下结构的能量低于右上结构。所以我们得出对e11型,2个cu-o键的形成(cu-o层间距也为)且分子面向水平面有倾斜倾向时界面结构最稳定;并可以进一步确定cu-o之间的相互作用导致了界面结构的稳定性增强。
其次,e11/cu001界面电荷态,cu-o键型和范德瓦尔斯型界面的差分电荷密度分布如图6所示,左边是成cu-o键时的电荷分布,右边是成范德瓦尔斯力时的电荷分布。如图,范德瓦尔斯层界面处不存在或存在非常少量的电荷转移,而cu-o键的形式导致了电荷的转移。通过计算badcharge参数,得到电荷cu-o键处电荷转移量大概为1.4e,而范德瓦尔斯型界面结构的电荷转移量不足0.3e。这种大的电荷转移会导致热量传递的增强。
再次,e11/cu001界面电子总能态密度分布,如图7所示。费米能级设置在零能级位置,费米能级以下电子态密度峰主要来自于cu-3d态,费米能级以上电子态峰主要来自于c-2p和o-2p态。从整体看,既然费米能级处不存在较大的带隙,而是出现了少量的电子态,这说明cu-3d电子态与c-2p/o-2p电子态在费米能级处建立了能量传输通道,这与电荷从cu-3d轨道到c-2p和o-2p轨道的转移相对应。
从界面结构的电荷分布和电子态密度分布可以得知:本发明cu-o离子键形成产生的电荷转移将会削弱环氧分子的热阻从而导致环氧分子本身的热导增强。
一种电子封装材料,包括双酚a型环氧树脂(环氧值为e20,购自无锡市长干化工有限公司)、甲基六氢苯酐、n,n-二甲基苄胺;所述双酚a型环氧树脂e20、甲基六氢苯酐、n,n-二甲基苄胺的质量比为100:105:1。
制备方法:将双酚a型环氧树脂e20、甲基六氢苯酐、n,n-二甲基苄胺混合均匀即得到电子封装材料。
性能测试:1)选用长宽为25.4×25.4mm,厚度为2mm的铜片;所述的铜片分别用丙酮,无水乙醇,去离子水超声清洗15min,并线)将制备得到的电子封装材料等量的铺平在铜片的表面;
3)将2)中的样品放进线min;然后放进电热鼓风干燥箱中固化,所述的固化温度程序为:室温30℃经过20min加热到75℃,75℃恒温保持3h,再经过10min加热到100℃,100℃恒温保持3h,再经过10min加热到120℃,120℃恒温保持4h,最后经过8h降温的室温30℃;
4)将3)中固化好的样品用砂纸打磨,保持厚度一致,所述环氧树脂层的厚度控制在0.2-0.7mm。电子封装材料固化后得到
与cu之间形成cu-o离子键,所述cu-o离子键的形成产生的电荷转移将会削弱环氧分子的热阻从而导致环氧分子本身的热导增强。
通过计算机模拟,主要是采用了vasp软件进行相关计算,在密度泛函理论的框架内,在投影缀加平面波(paw)赝势方法的基础上,采用维也纳从头算模拟程序包(vasp)优化晶格参数,晶格结构的优化采用的是共轭梯度算法(conjugate-gradientalgorithm),进而计算各种相关的电子性质与结构,交换关联泛函采用的是广义梯度近似(gga)下的perdew-burke-ernzerh(pbe)泛函。截断能数值设置为600ev,优化过程中布里渊区的k点设置为monkhorst-pack的
首先模拟了e2与cu001面的界面结构,如图8,给出了典型的界面结构特征的优化前后对比图,分别反映了分子取向和界面原子接触形式对界面结构特征的影响。从模拟结果看,cu-o的形成还是界面结构稳定性的关键,范德瓦尔斯相互作用形式不利于界面结构的稳定。需要指出的是,对于含有芳香环的e2分子,分子面的取向对界面结构的稳定性影响比较大,从图8可以看出,无论是cu-o型界面还是范德瓦尔斯型界面,epoxy分子面近似平行于cu表面时,界面结构更稳定。其次,e2/cu001界面电荷态,cu-o键型和范德瓦尔斯型界面的差分电荷密度分布如图9所示,左边是成cu-o键时的电荷分布,右边是成范德瓦尔斯力时的电荷分布。如图,范德瓦尔斯层界面处不存在或存在非常少量的电荷转移,而cu-o键的形式导致了电荷的转移。通过计算badcharge参数,得到电荷cu-o键处电荷转移量大概为1.4e,而范德瓦尔斯型界面结构的电荷转移量不足0.3e。这种大的电荷转移会导致热量传递的增强。再次,e2/cu001界面电子总能态密度分布,如图10所示。费米能级设置在零能级位置,费米能级以下电子态密度峰主要来自于cu-3d态,费米能级以上电子态峰主要来自于c-2p和o-2p态。从整体看,既然费米能级处不存在较大的带隙,而是出现了少量的电子态,这说明cu-3d电子态与c-2p/o-2p电子态在费米能级处建立了能量传输通道,这与电荷从cu-3d轨道到c-2p和o-2p轨道的转移相对应。
从界面结构的电荷分布和电子态密度分布可以得知:本发明cu-o离子键形成产生的电荷转移将会削弱环氧分子的热阻从而导致环氧分子本身的热导增强。
一种电子封装材料,包括双酚a型环氧树脂(环氧值为e20,购自无锡市长干化工有限公司)、甲基六氢苯酐、n,n-二甲基苄胺;所述双酚a型环氧树脂e20、甲基六氢苯酐、n,n-二甲基苄胺的质量比为100:105:1。
制备方法:将双酚a型环氧树脂e20、甲基六氢苯酐、n,n-二甲基苄胺混合均匀即得到电子封装材料。
性能测试:1)选用长宽为25.4×25.4mm,厚度为2mm的铜片;所述的铜片分别用丙酮,无水乙醇,去离子水超声清洗15min,并线)将制备得到的电子封装材料等量的铺平在铜片的表面;
3)将2)中的样品放进线min;然后放进电热鼓风干燥箱中固化,所述的固化温度程序为:室温30℃经过20min加热到110℃,110℃恒温保持3h,再经过10min加热到130℃,130℃恒温保持3h,再经过10min加热到150℃,150℃恒温保持4h,最后经过8h降温的室温30℃;
4)将3)中固化好的样品用砂纸打磨,保持厚度一致,所述环氧树脂层的厚度控制在0.2-0.7mm。电子封装材料固化后得到
与cu之间形成cu-o离子键,所述cu-o离子键的形成产生的电荷转移将会削弱环氧分子的热阻从而导致环氧分子本身的热导增强。
通过计算机模拟,主要是采用了vasp软件进行相关计算,在密度泛函理论的框架内,在投影缀加平面波(paw)赝势方法的基础上,采用维也纳从头算模拟程序包(vasp)优化晶格参数,晶格结构的优化采用的是共轭梯度算法(conjugate-gradientalgorithm),进而计算各种相关的电子性质与结构,交换关联泛函采用的是广义梯度近似(gga)下的perdew-burke-ernzerh(pbe)泛函。截断能数值设置为600ev,优化过程中布里渊区的k点设置为monkhorst-pack的
其次,e22/cu001界面电荷态,cu-o键型和范德瓦尔斯型界面的差分电荷密度分布如图12所示,左边是成cu-o键时的电荷分布,右边是成范德瓦尔斯力时的电荷分布。如图,范德瓦尔斯层界面处不存在或存在非常少量的电荷转移,而cu-o键的形式导致了电荷的转移。通过计算badcharge参数,得到电荷cu-o键处电荷转移量大概为1.4e,而范德瓦尔斯型界面结构的电荷转移量不足0.3e。这种大的电荷转移会导致热量传递的增强。再次,e22/cu001界面电子总能态密度分布,如图13所示。费米能级设置在零能级位置,费米能级以下电子态密度峰主要来自于cu-3d态,费米能级以上电子态峰主要来自于c-2p和o-2p态。从整体看,既然费米能级处不存在较大的带隙,而是出现了少量的电子态,这说明cu-3d电子态与c-2p/o-2p电子态在费米能级处建立了能量传输通道,这与电荷从cu-3d轨道到c-2p和o-2p轨道的转移相对应。从界面结构的电荷分布和电子态密度分布可以得知:本发明cu-o离子键形成产生的电荷转移将会削弱环氧分子的热阻从而导致环氧分子本身的热导增强。
结合能为40.5mev/atom。申请人发现:i)在稳定的界面结构中,cu-o键长一般约为ii)环氧化合物分子层和cu原子层之间的层间距约为只是在e22/cu001界面中层间距略有缩小;iii)结合能随着环氧化合物分子中的原子数增加而减小,即稳定性随着表面环氧分子的变大而降低。申请人综合计算(通过vasp计算软件采用密度泛函理论方法对四种环氧化合物和cu形成的四类模型进行模拟)并画出了四种界面结构的原子轨道投影电子态密度。如图14所示,左列对应的界面结构都是存在cu-o键的形成,右列对应的界面结构均是范德瓦尔斯型界面。比较图中左右两列数据谱线,我们可以看出左列o-2p电子态(蓝色谱线p电子态(蓝色谱线)具有更低的能级位置,这种变化正是电荷从cu-3d转移到o-2p所导致的。我们知道cu金属本身具有很好的导电和导热能力,其热导可以达到500w/mk,而c、h、o组成的环氧分子是绝缘体材料,具有非常低的导热导电值。从微观电子结构上看,如图14所示在零能级附近存在一个较大的带隙,但是在cu原子的电荷转移作用下中间的能隙被cu的3d电子态所填充,且环氧分子的本征带隙(图14中左列)在电荷转移的作用下降低,这样将会从电子结构层面上增强环氧分子的热导能力。另外,从图14中也看出,随着环氧分子的尺寸增大,界面接触将会增大,环氧分子的本征带隙将会明显降低,这暗示了界面热阻将会明显降低。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明,但是本领域的技术人员将理解:在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下,可在此进行形式和细节上的各种变化。当前第1页
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