Influence des fonctions réactives sur les résistances thermiques lors de la fermeture des

Au vu des résultats obtenus précédemment, des fermetures d’interfaces thermiques ont été réalisées avec trois polymères : le PVPH, le PVPH-N₃ et le PVPO-BCB. Le PVPH ne possédant aucune fonction réactive, il sert de polymère de référence. Chacun de ces polymères a été caractérisés thermiquement au préalable, ainsi aucun d’entre eux ne se dégrade avant les 450°C (confirme leur compatibilité avec le procédé industriel) et ils possèdent tous une T_g similaire.

Les fermetures ont été réalisées en suivant le protocole mis en place au chapitre II. Les résultats obtenus sont présentés dans le Tableau 14 et correspondent à une moyenne de mesures de résistances thermiques effectuées sur 6 échantillons pour chacun des polymères étudiés.

Résistance thermique des VACNTs utilisés

Résistance thermique après précontrainte Résistance thermique après passage en étuve PVPH 1-4.10^-5 m²K/W 1,8-2,0.10^-6 m²K/W 5-6.10^-6 m²K/W PVPH-N₃ 1-4.10^-5 m²K/W 1,8-2,0.10^-6 m²K/W 3-4.10^-6 m²K/W PVPO-BCB 1-4.10^-5 m²K/W 1,8-2,0.10^-6 m²K/W 1,4.10^-6 m²K/W

Tableau 14 : Impact des fonctions réactives sur la résistance thermique des interfaces

Les résultats montrent que quel que soit le polymère étudié, une nette diminution de la résistance thermique est obtenue après l’application de la précontrainte. Les résistances

118

thermiques étant initialement de 1-4.10^-5 m²K/W chutent à 1,8-2,0.10^-6 m²K/W. Cette diminution est permise grâce à l’utilisation de polymère en tant que matériau de fermeture d’interface. Afin de terminer la mise en œuvre de ces interfaces, un passage en étuve est réalisé à 250°C durant 45 minutes, sous une pression de 66 kPa.

Concernant le PVPH, servant de polymère de référence car inerte vis-à-vis des VACNTs, la résistance thermique est de 5-6.10^-6 m²K/W et subit une augmentation comprise entre 178 et 200 %. L’explication de cette augmentation de la résistance thermique après passage en étuve peut être due à la migration du polymère le long des VACNTs. Lors de l’augmentation de la température de l’interface, le polymère peut se fluidifier et migrer par capillarité. Cette migration peut avoir pour effet de diminuer l’épaisseur de polymère présente entre le substrat de cuivre et les VACNTs. Le polymère ne peut plus combler la dispersion en hauteur des VACNTs. Ainsi, le nombre de contacts VACNTs / substrat opposé, diminue et provoque une augmentation de la résistance thermique de l’interface.

Le PVPH-N3 présente également une augmentation de la résistance thermique après son passage en étuve. La résistance thermique est de 3-4.10^-6 m²K/W et représente une augmentation comprise entre 67 et 100 %. Dans ce cas, plusieurs hypothèses peuvent expliquer cette augmentation de la résistance thermique :

- De même que pour le PVPH, il peut se produire une migration du PVPH-N3 le long

des VACNTs lors de la montée en température de l’interface. Cependant, cette migration peut être plus faible car la présence de la fonction azoture peut permettre une meilleure accroche du polymère sur le haut des VACNTs et limiter sa migration. La migration peut également être limitée car le recuit ayant lieu à 250°C, provoque la réticulation du polymère engendrée par l’activation des fonctions azotures, ce qui peut diminuer l’effet de capillarité.

- Lors de l’activation de la fonction azoture, il se produit un dégagement gazeux de diazote, amenant la présence de zones interstitielles remplies de gaz au sein de la couche de polymère et augmentant la résistance thermique de l’interface.

Cependant, la résistance thermique obtenue avec le PVPH-N3 est 50 % moins élevée qu’avec

le PVPH. Cette diminution est possible grâce à l’obtention d’une meilleure conductivité thermique par la création de liaisons covalentes entre les VACNTs et le polymère à l’aide des fonctions azotures. De plus, si la migration du polymère est moins importante, alors le nombre de contacts entre les VACNTs et le substrat de cuivre est plus important, d’où une résistance thermique plus faible.

Le PVPO-BCB, quant à lui, montre une diminution de la résistance thermique de l’interface. Cette dernière est de 1,4.10^-6 m²K/W, soit jusqu’à 30 % de moins qu’avant l’étape de fermeture en étuve. De plus, la résistance thermique est plus faible de 76 % par rapport au

119

PVPH et de 65 % en comparaison avec le PVPH-N₃. Cette diminution de la résistance thermique peut être marquée par un meilleur greffage des fonctions BCB sur les VACNTs, permettant une meilleure transmission des phonons et une diminution de la résistance thermique de l’interface. De plus, la migration du PVPO-BCB peut être réduite avec l’amélioration du greffage du polymère sur les nanotubes.

Pour conclure sur ces résultats, il apparaît que l’utilisation du PVPO-BCB permet d’obtenir une nette diminution (jusqu’à 76 %) de la résistance thermique des interfaces par rapport à l’utilisation du PVPH. Cependant, il reste quelques hypothèses à vérifier afin de pouvoir déterminer les paramètres influençant les résultats de résistances thermiques : l’effet de la migration des polymères et la présence de zones interstitielles remplies de gaz est étudié dans le chapitre suivant.

2.5 Conclusion

Les conditions de réactions des fonctions azotures et benzocyclobutanes ont été déterminées afin d’optimiser le greffage de ces dernières sur les CNTs. Pour vérifier la réactivité de ces fonctions sur les CNTs, une étude du taux de greffage a été menée et a montré que la fonction BCB permet d’obtenir un meilleur taux de greffage par rapport à la fonction N₃. De plus, les différentes molécules étudiées ont montré que le taux de greffage calculé est principalement dû à la création de liaisons covalentes issues des fonctions réactives et une faible part du taux de greffage est liée à l’effet de « π-stacking ». Dans l’objectif de vérifier l’effet de ces taux de greffage sur la résistance thermique, des interfaces ont été réalisées avec trois polymères. Il en ressort que le polymère à base de BCB permet d’obtenir la résistance thermique la plus faible, ce qui est en accord avec l’étude du taux de greffage et des simulations réalisées en amont. Pour conclure, une diminution de près de 76% est mesurée avec l’utilisation du PVPO-BCB par rapport au PVPH qui est inerte vis-à-vis des CNTs.

120

3 Analyse structurale d’interface thermique

Dans les chapitres précédents, chaque matériau intervenant dans la réalisation d’une interface thermique a été caractérisé par des analyses physico-chimiques. Les interactions entre les différents polymères et les MWCNTs ont été étudiés en déterminant les taux de greffage de chaque fonction réactive présente sur les polymères synthétisés. Des interfaces thermiques ont été réalisées et caractérisées thermiquement à l’aide d’un impédancemètre thermique. Désormais, nous nous intéressons à l’observation de la structure interne des interfaces thermiques réalisées afin d’améliorer la compréhension des interactions ayant lieu pendant la fermeture d’une interface.