随着电子器件高度集成化和高功率化，微尺度材料的界面热阻在电子集成系统热管理设计中变得不可忽视^[1]。关于界面热阻的研究最早可追溯到1701年，牛顿通过观察炽热铁块在风中的降温过程，提出了牛顿冷却定律，即铁块表面的散热速率与铁块和环境的温差成正比。一百多年后的1822年，傅里叶在《热的解析理论》一书中将牛顿冷却定律写成方程，以外热导能力（external thermal conductibility）定量描述了物体在单位时间、单位面积、单位温差下通过表面散失的热量。随后，法国数学家泊松在1835年将界面传热的理论又向前推进了一步，他提出界面热阻等于界面处的温度落差除以单位面积的热流速率，这个定量关系也是如今求算界面热阻时广泛应用的公式。在实验方面，波兰物理学家Smoluchowski在1898年使用自制的水银温度计，记录水银柱的高度随时间的变化，首次测得固体和气体之间的界面热阻应当在10^-6 – 10^-5 m²K/W数量级。前苏联物理学家Kapitza在1941年测得了固体和超流体液氦之间的界面温差为0.4 K，因此也把固-液界面热阻称为Kapitza热阻。近七十年以来，固-固界面热阻理论和实验研究取得了较大进展。前苏联理论物理学家Khalatnikov在1952年提出的声学失配模型（Acoustic mismatch model, AMM），通过计算完美界面处声子的折射反射比，来推算声子透射率。1987年，美国物理学家Swartz和Pohl在此基础上考虑粗糙界面的漫散射，提出了散射失配模型（Diffuse mismatch model, DMM）。迄今为止，能够在微尺度下测量固-固界面热阻的时域热反射法（time-domain thermoreflectance, TDTR）、3ω法和电子束自热法（electron-beam self-heating method）等实验研究，都很依赖复杂而精密的实验室仪器技术。因此，迫切需要一种基于商用仪器的通用方法，较为快速准确地表征微尺度材料的界面热阻。

  南京大学胡文兵教授课题组在新开发的Flash DSC（闪速示差扫描量热仪）测量薄膜材料跨膜热导率的方法^[2]基础上，又提出了同时表征微米厚度薄膜材料的界面热阻和扣除界面影响的体热导率的新方法。相关研究结果以“Flash DSC characterization of thermal contact resistance and cross-plane thermal conductivity of micrometer-thin films”为题发表于热分析领域国际核心期刊Thermochimica Acta上。

图1 芯片传感器样品池上分部摆放尼龙薄膜和铟颗粒的示意图

图2 尼龙66薄膜总热阻和薄膜厚度之间呈现线性依赖关系

  论文详情：Kefeng Xie, Ying Cui, Xiaoning Ren, Yongxuan Chen, Jun Cai, Wenbing Hu,* Flash DSC characterization of thermal contact resistance and cross-plane thermal conductivity of micrometer-thin films, Thermochimica Acta, 2023, 179493. 

  https://doi.org/10.1016/j.tca.2023.179493

参考文献：

[1] J. Chen, X. Xu, J. Zhou, B. Li, Interfacial thermal resistance: Past, present, and future, Rev. Mod. Phys. 94 (2022) 025002.

[2] Y. He, X. Li, L. Ge, Q. Qian, W. Hu, Cross-plane thermal conductivity of thin films characterized by Flash DSC measurement, Thermochimica Acta, 677 (2019), pp. 21-25

[3] K. Xie, Y. He, J. Cai, W. Hu, Thermal conductivity of Nylon 46, Nylon 66 and Nylon 610 characterized by Flash DSC measurement, Thermochimica Acta, 683 (2020), 178445.