Vật liệu Composite Epoxy Mới với Cấu trúc Phân tử Được Kiểm soát Nâng cao Độ tin cậy của Thiết bị Năng lượng

Năm 2025 đánh dấu một bước đột phá đáng kể trong lĩnh vực khoa học vật liệu. Một nhóm nghiên cứu uy tín từ Trường Cơ khí và Kỹ thuật Điện thuộc Đại học Kiến trúc và Công nghệ Tây An đã công bố một chiến lược đổi mới, tập trung vào việc “thiết kế trật tự phân tử”. Thành tựu này, được thực hiện bởi tập thể chuyên gia về vật liệu mới cho các hệ thống năng lượng và lưu trữ năng lượng, đã dẫn đến việc chế tạo thành công một vật liệu đóng gói epoxy sở hữu sự kết hợp độc đáo giữa khả năng dẫn nhiệt siêu cao và các đặc tính cách điện vượt trội.

Khía cạnh then chốt của khám phá này nằm ở việc sử dụng các phân tử hữu cơ đóng vai trò như những “khuôn mẫu” cấu trúc để hình thành nên một cấu trúc có trật tự cao bên trong hệ thống nhựa epoxy. Sự sắp xếp phân tử có trật tự này đảm bảo khả năng tản nhiệt hiệu quả, từ đó trực tiếp nâng cao độ dẫn nhiệt của vật liệu. Đồng thời, mật độ sắp xếp dày đặc cùng với các bẫy năng lượng được tạo ra giúp đảm bảo độ tin cậy cách điện ngay cả khi hoạt động ở nhiệt độ lên tới 200°C, ngăn chặn hiệu quả các electron năng lượng cao.

Sự cấp thiết của nghiên cứu này xuất phát từ nhu cầu ngày càng tăng đối với các vật liệu đóng gói có khả năng chịu đựng được tải nhiệt và tải điện ngày càng cao. Các thiết bị bán dẫn công suất hiện đại đang trở nên nhỏ gọn và mạnh mẽ hơn, khiến các loại nhựa epoxy truyền thống không còn đủ khả năng chống chịu lại những áp lực này. Giải pháp tiên tiến này, bằng cách sử dụng các khuôn mẫu phân tử để định hình có chủ đích các đặc tính của vật liệu khối, đã giải quyết một cách tinh tế hạn chế kéo dài trong ngành điện tử công suất.

Độ bền bỉ của vật liệu ở mức 200°C mở ra triển vọng ứng dụng ngay lập tức trong các lĩnh vực điện tử công suất đòi hỏi khắt khe nhất. Nhóm nghiên cứu có kế hoạch tiếp tục khám phá khả năng áp dụng phương pháp này vào nhiều hệ thống nhựa khác nhau, thể hiện tham vọng về tính ứng dụng kỹ thuật rộng rãi. Bước tiến công nghệ này, dựa trên sự hiểu biết sâu sắc về vi cấu trúc, đóng vai trò là chất xúc tác cho chu kỳ phát triển tiếp theo của các hệ thống công nghệ cao, hứa hẹn tạo ra những thiết bị có tuổi thọ cao hơn và hiệu suất hoạt động tốt hơn.

Phát minh này diễn ra trong bối cảnh các nghiên cứu tích cực về quản lý dòng nhiệt đang được đẩy mạnh tại Trung Quốc. Cụ thể, các nhà khoa học từ Đại học Giao thông Tây An và Đại học Chiết Giang đã nghiên cứu phát triển các loại aerogel siêu đàn hồi. Bên cạnh đó, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc cũng đã giới thiệu một loại aerogel sợi gốm (SiC@SiO₂) với độ dẫn nhiệt dị hướng, có khả năng hoạt động ở nhiệt độ lên đến 1300°C. Điều này khẳng định rằng việc tìm kiếm các phương pháp tản nhiệt hiệu quả vẫn là ưu tiên hàng đầu của khoa học, làm tăng thêm ý nghĩa cho thành công trong lĩnh vực composite epoxy này.