Molekulare Präzision: Neuer Epoxid-Komposit steigert Zuverlässigkeit in der Leistungselektronik

Im Jahr 2025 wurde ein bedeutender Durchbruch in der Materialwissenschaft erzielt. Eine Forschergruppe der School of Mechanical and Electrical Engineering an der Xi'an University of Architecture and Technology präsentierte eine innovative Strategie, die auf dem sogenannten „Design der molekularen Anordnung“ basiert. Dieses Team, das sich auf neue Materialien für Energiesysteme und Energiespeicherung spezialisiert hat, entwickelte ein Epoxid-Vergussmaterial. Dieses Material zeichnet sich durch eine einzigartige Kombination aus extrem hoher Wärmeleitfähigkeit und herausragenden Isolationseigenschaften aus.

Der zentrale Aspekt dieses Erfolgs liegt in der Verwendung organischer Moleküle. Diese dienen als strukturelle „Schablonen“, um innerhalb des Epoxidharzsystems eine hochgradig geordnete Struktur zu formen. Eine solche präzise molekulare Anordnung ermöglicht eine effektive Wärmeableitung, was die Wärmeleitfähigkeit direkt verbessert. Gleichzeitig gewährleisten die dichte Packung und die Energie-Traps eine zuverlässige Isolationsleistung. Diese bleibt selbst bei Betriebstemperaturen von bis zu 200°C erhalten, indem hochenergetische Elektronen wirksam zurückgehalten werden.

Die Relevanz dieser Entwicklung ergibt sich aus dem stetig wachsenden Bedarf an Verpackungsmaterialien, die den steigenden thermischen und elektrischen Belastungen standhalten können. Moderne Leistungshalbleiter werden immer kompakter und leistungsfähiger. Dies führt dazu, dass herkömmliche Epoxidharze oft nicht mehr ausreichen, um diesen Beanspruchungen entgegenzuwirken. Die nun vorgestellte Lösung, welche molekulare Schablonen nutzt, um die Eigenschaften des Volumenmaterials gezielt zu steuern, beseitigt elegant eine langjährige Einschränkung in der Leistungselektronik.

Die nachgewiesene Zuverlässigkeit des Materials bei 200°C eröffnet unmittelbare Perspektiven für die Einführung in den anspruchsvollsten Sektoren der Leistungselektronik. Das Forschungsteam beabsichtigt, die Anwendbarkeit dieser Methodik auch in anderen Harzsystemen zu untersuchen, was das Bestreben nach einem breiten ingenieurtechnischen Nutzen unterstreicht. Dieser technologische Fortschritt, der auf einem tiefgreifenden Verständnis der Mikrostruktur basiert, fungiert als Katalysator für die nächste Entwicklungsstufe hochtechnologischer Systeme und verspricht die Herstellung langlebigerer und leistungsstärkerer Geräte.

Diese Entdeckung findet inmitten intensiver Forschung zur Steuerung thermischer Flüsse in China statt. Insbesondere Wissenschaftler der Xi'an Jiaotong University und der Zhejiang University haben sich mit der Entwicklung superelastischer Aerogele beschäftigt. Parallel dazu stellte die Chinese Academy of Sciences einen keramischen Faser-Aerogel (SiC@SiO₂) vor, der eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit aufweist und Temperaturen von bis zu 1300°C standhalten kann. Dies bekräftigt, dass die Suche nach effizienten Methoden zur Wärmeableitung eine zentrale Priorität für die Wissenschaft bleibt und verleiht dem Erfolg im Bereich der Epoxid-Komposite zusätzliches Gewicht und Bedeutung.