北京科技大学、中国科学院电工研究所、中国科学院化学研究所、中国科学院工程热物理研究所和中国科学院大学团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表研究成果，利用自组装单分子层调控环氧树脂/硅界面热输运。
研究内容
环氧树脂具有轻质、易加工和电绝缘等优势，是常用的电子封装基体。但在加入高热导填料后，填料/树脂界面的声子散射仍会限制复合材料整体热导率。研究团队在环氧树脂与Si之间引入4种约1 nm厚的硅烷自组装单分子层，重点比较能够形成双侧共价键的分子桥与仅形成单侧共价键的结构。
TDTR设备的作用
研究采用AUTINST（昊远精测）Pioneer-ONE TDTR系统，对Al/环氧薄膜/分子层/Si多层样品进行界面热导测量。约100 nm Al层同时作为加热器和温度传感层；25 μm泵浦光斑使样品内传热近似为一维。每个样品测量3个位置，每个位置重复扫描3次并取平均，以降低随机误差。对于厚度仅约1 nm的分子层，常规宏观方法难以分离其界面贡献。Pioneer-ONE TDTR系统通过拟合瞬态热反射曲线，直接比较不同端基改性前后的等效界面热导，使分子化学结构与传热性能建立量化联系。
研究成果
Pioneer-ONE TDTR系统测量结果显示，未改性环氧/Si界面热导率约为43 MW/(m²·K)。能够在界面两侧形成共价键的分子层将其提高至47～62 MW/(m²·K)，其中SAM-NH₂高约为62 MW/(m²·K)，约为未改性界面的1.4倍。仅形成单侧共价连接的SAM-CH₃反而使界面热导率降至37 MW/(m²·K)。进一步通过差分有效介质模型计算，SAM-NH₂改性可使复合材料热导率提高约11%。XPS、界面黏附测试和分子动力学模拟表明，双侧共价键提高了界面黏附强度，并促进界面原子振动匹配；单侧连接则不足以形成有效的热传输桥梁。
结论与设备价值
研究说明，自组装分子层能否提升传热，关键不只是“有没有分子层”，而是能否在界面两侧形成有效连接。Pioneer-ONE TDTR系统为这种分子级界面设计提供了直接、可比较的热输运数据，可用于高分子复合材料、电子封装胶、填料表面改性和软/硬材料界面优化。
