中国科学院深圳先进技术研究院、中国科学院大学、上海第二工业大学和香港中文大学团队在《ACS Applied Materials & Interfaces》发表研究成果，揭示球形填料聚合物导热界面材料中隐藏的富聚合物边界层，是实际接触热阻居高不下的重要原因。
研究内容
高填充导热凝胶的体热导率可达数十W/(m·K)，但当材料层越来越薄时，接触热阻会逐渐主导整体散热。不同测试方法给出的接触热阻甚至相差数个数量级，传统“均匀材料+零厚度界面”模型难以解释这一现象。研究团队对同一种铝球形填料/硅橡胶导热凝胶，结合ASTM D5470稳态法、激光闪射法、低频FDTR、TDTR、显微结构观察和多尺度模拟进行对比研究。
TDTR设备的作用
研究采用AUTINST（昊远精测）Pioneer-ONE TDTR系统。设备使用1040 nm、100 MHz光纤耦合飞秒激光器，泵浦和探测光斑分别为40和20 μm，调制频率为1 MHz。样品采用熔融石英/100 nm Al/导热凝胶/Cu夹层结构。1 MHz条件下，热波在导热凝胶中的穿透深度约为1 μm，在硅橡胶中的穿透深度约为200 nm。因此，Pioneer-ONE TDTR系统能够优先感知紧邻界面的富聚合物薄层，并通过不同的参数灵敏度同时分离其局部热导率与接触热阻。这种浅层选择性正是发现“应用边界层”的关键。
研究成果
宏观测试得到导热凝胶体热导率约4 W/(m·K)，低频FDTR测得实用状态下接触热阻约为1×10⁻⁶ m²·K/W。Pioneer-ONE TDTR系统进一步测得近界面区域的局部热导率仅为0.17 W/(m·K)，接近纯硅橡胶；同时提取的Al/凝胶本征接触热阻约为2×10⁻⁸ m²·K/W，与分子动力学预测处于相近量级。截面观察和有限元模拟表明，球形填料与平面接触面积有限，界面附近因而形成填料含量较低的富聚合物层。该层热导率远低于材料体相，其热阻会被宏观或深穿透测试计入“接触热阻”，造成实验值显著高于理想界面的理论结果。
结论与设备价值
研究说明，优化导热界面材料不能只关注体热导率，还应控制近界面的填料分布、基体热物性和加工形成的空隙。Pioneer-ONE TDTR系统利用可控热穿透深度把近界面层与整体材料响应区分开，为分析非均匀复合材料、薄层导热胶和深埋接触界面提供了新的量化视角。
