We propose a type of thermal interface materials incorporating insulating nanowires with partially metallic coating in insulating polymer matrix. Large thermal conductivity can be obtained due to thermal percolation while the electrical insulation is maintained by controlling CMφ<φce and φ>φcth, where φ is the volume fraction of fillers, CM is the metallic coating fraction, and φce and φcth are the electrical and thermal percolation thresholds, respectively. The electrical conductivity of such composite materials can further be regulated by coating configuration. In this regard, we propose the concept of “thermal-percolation electrical-insulation,” providing a guide to design efficient hybrid thermal interface materials.

1.
P.
Bonnet
,
D.
Sireude
,
B.
Garnier
, and
O.
Chauvet
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
201910
(
2007
).
2.
K.
Sun
,
Z.
Zhang
,
L.
Qian
,
F.
Dang
,
X.
Zhang
, and
R.
Fan
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
061903
(
2016
).
3.
R.
Zheng
,
J.
Gao
,
J.
Wang
,
S.-P.
Feng
,
H.
Ohtani
,
J.
Wang
, and
G.
Chen
,
Nano Lett.
12
,
188
(
2012
).
4.
B.
Shi
,
L.
Dong
,
M.
Li
,
B.
Liu
,
K.
Kim
,
X.
Xu
,
J.
Zhou
, and
J.
Liu
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
041902
(
2018
).
5.
R.
Haggenmueller
,
C.
Guthy
,
J. R.
Lukes
,
J. E.
Fischer
, and
K. I.
Winey
,
Macromolecules
40
,
2417
(
2007
).
6.
C.
Min
,
D.
Yu
,
J.
Cao
,
G.
Wang
, and
L.
Feng
,
Carbon
55
,
116
(
2013
).
7.
M. T.
Hung
,
O.
Choi
,
Y. S.
Ju
, and
H.
Hahn
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
023117
(
2006
).
8.
W.
Zhou
,
C.
Wang
,
T.
Ai
,
K.
Wu
,
F.
Zhao
, and
H.
Gu
,
Composites, Part A
40
,
830
(
2009
).
9.
I.
Jo
,
M. T.
Pettes
,
J.
Kim
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
Z.
Yao
, and
L.
Shi
,
Nano Lett.
13
,
550
(
2013
).
10.
Y.
Wu
,
X.
Zhang
,
A.
Negi
,
J.
He
,
G.
Hu
,
S.
Tian
, and
J.
Liu
,
Polymers
12
,
426
(
2020
).
11.
J.
Zeng
,
Z.
Cao
,
D.
Yang
,
L.
Sun
, and
L.
Zhang
,
J. Therm. Anal. Calorim.
101
,
385
(
2010
).
12.
Y.
Zhao
,
X.
Zeng
,
L.
Ren
,
X.
Xia
,
X.
Zeng
, and
J.
Zhou
,
Mater. Chem. Front.
5
,
5617
(
2021
).
13.
F.
Kargar
,
Z.
Barani
,
R.
Salgado
,
B.
Debnath
,
J. S.
Lewis
,
E.
Aytan
,
R. K.
Lake
, and
A. A.
Balandin
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
10
,
37555
(
2018
).
14.
B.
Liu
,
L.
Dong
,
Q.
Xi
,
X.
Xu
,
J.
Zhou
, and
B.
Li
,
Front. Energy
12
,
72
(
2018
).
15.
Q.
Wang
,
X.
Liang
,
B.
Liu
,
Y.
Song
,
G.
Gao
, and
X.
Xu
,
Nanoscale
12
,
1138
(
2020
).
16.
Y.
Chen
,
M.
He
,
B.
Liu
,
G. C.
Bazan
,
J.
Zhou
, and
Z.
Liang
,
Adv. Mater.
29
,
1604752
(
2017
).
17.
S.
Stankovich
,
D. A.
Dikin
,
G. H.
Dommett
,
K. M.
Kohlhaas
,
E. J.
Zimney
,
E. A.
Stach
,
R. D.
Piner
,
S. T.
Nguyen
, and
R. S.
Ruoff
,
Nature
442
,
282
(
2006
).
18.
B.
Vigolo
,
C.
Coulon
,
M.
Maugey
,
C.
Zakri
, and
P.
Poulin
,
Science
309
,
920
(
2005
).
19.
H.
Nassira
,
A.
Sánchez-Ferrer
,
J.
Adamcik
,
S.
Handschin
,
H.
Mahdavi
,
N.
Taheri Qazvini
, and
R.
Mezzenga
,
Adv. Mater.
28
,
6914
(
2016
).
20.
B.
Liu
,
T.
Lu
,
B.
Wang
,
J.
Liu
,
T.
Nakayama
,
J.
Zhou
, and
B.
Li
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
113102
(
2017
).
21.
M.
Foygel
,
R.
Morris
,
D.
Anez
,
S.
French
, and
V.
Sobolev
,
Phys. Rev. B
71
,
104201
(
2005
).
22.
W.
Song
,
V.
Krishnaswamy
, and
R. V.
Pucha
,
Compos. Struct.
137
,
9
(
2016
).
23.
D. Y.
Choi
,
H. W.
Kang
,
H. J.
Sung
, and
S. S.
Kim
,
Nanoscale
5
,
977
(
2013
).
24.
S.
Kirkpatrick
,
Rev. Mod. Phys.
45
,
574
(
1973
).
25.
T.
Nakayama
,
K.
Yakubo
, and
R. L.
Orbach
,
Rev. Mod. Phys.
66
,
381
(
1994
).
26.
P.
Lightsey
,
Phys. Rev. B
8
,
3586
(
1973
).
27.
N.
Shenogina
,
S.
Shenogin
,
L.
Xue
, and
P.
Keblinski
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
133106
(
2005
).
28.
B.
Abeles
,
H.
Pinch
, and
J.
Gittleman
,
Phys. Rev. Lett.
35
,
247
(
1975
).
29.
C.
Monachon
,
L.
Weber
, and
C.
Dames
,
Annu. Rev. Mater. Res.
46
,
433
(
2016
).
30.
A.
Majumdar
and
P.
Reddy
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
4768
(
2004
).
31.
Y.
Jin
,
A.
Yadav
,
K.
Sun
,
H.
Sun
,
K. P.
Pipe
, and
M.
Shtein
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
093305
(
2011
).
32.
G.
Gradinaru
,
T.
Sudarshan
,
S.
Gradinaru
,
W.
Mitchell
, and
H.
Hobgood
,
Appl. Phys. Lett.
70
,
735
(
1997
).
33.
X.
Wang
,
F.
Sun
,
G.
Yin
,
Y.
Wang
,
B.
Liu
, and
M.
Dong
,
Sensors
18
,
330
(
2018
).
34.
S. T.
Huxtable
,
D. G.
Cahill
,
S.
Shenogin
,
L.
Xue
,
R.
Ozisik
,
P.
Barone
,
M.
Usrey
,
M. S.
Strano
,
G.
Siddons
,
M.
Shim
 et al,
Nat. Mater.
2
,
731
(
2003
).
35.
H.
Malekpour
,
K. H.
Chang
,
J. C.
Chen
,
C. Y.
Lu
,
D.
Nika
,
K.
Novoselov
, and
A.
Balandin
,
Nano Lett.
14
,
5155
(
2014
).
36.
A.
Yu
,
P.
Ramesh
,
X.
Sun
,
E.
Bekyarova
,
M. E.
Itkis
, and
R. C.
Haddon
,
Adv. Mater.
20
,
4740
(
2008
).
37.
B. C.
Gundrum
,
D. G.
Cahill
, and
R. S.
Averback
,
Phys. Rev. B
72
,
245426
(
2005
).
38.
E. T.
Swartz
and
R. O.
Pohl
,
Rev. Mod. Phys.
61
,
605
(
1989
).
39.
J.
Zhong
,
Q.
Xi
,
Z.
Wang
,
T.
Nakayama
,
X.
Li
,
J.
Liu
, and
J.
Zhou
,
J. Appl. Phys.
129
,
195102
(
2021
).
40.
Z.
Han
and
A.
Fina
,
Prog. Polym. Sci.
36
,
914
(
2011
).
41.
Q.
Xi
,
J.
Zhong
,
J.
He
,
X.
Xu
,
T.
Nakayama
,
Y.
Wang
,
J.
Liu
,
J.
Zhou
, and
B.
Li
,
Chin. Phys. Lett.
37
,
104401
(
2020
).
42.
O.
Nilsson
,
H.
Mehling
,
R.
Horn
,
J.
Fricke
, and
R.
Hofmann
,
High Temp.-High Pressures
29
,
73
(
1997
).
43.
S.
Wang
,
Y.
Tian
,
C.
Hang
, and
C.
Wang
,
Sci. Rep.
8
,
5260
(
2018
).
You do not currently have access to this content.