Získajte informácie o uhlíkových materiáloch s vysokou tepelnou vodivosťou
Doterajšie kovové (hliník, meď) chladiče ťažko uspokojujú potreby odvádzania tepla kvôli problémom s vysokou hustotou, vysokým koeficientom tepelnej rozťažnosti a nečistými materiálmi. S rýchlym rozvojom vedy a techniky, kozmonautika, satelitná komunikácia, vysokorýchlostné počítače a ďalšie oblasti venujú čoraz väčšiu pozornosť problémom rozptylu tepla a kladú sa vyššie požiadavky na materiály na riadenie tepla.
Očakáva sa, že uhlíkové materiály pre svoju nízku hustotu, vysokú pevnosť, vysokú tepelnú vodivosť a chemickú odolnosť nahradia predchádzajúce kovové materiály a stanú sa novou generáciou materiálov s vysokou tepelnou vodivosťou.
Vedenie tepla uhlíkových materiálov sa realizuje hlavne tepelnou vibráciou atómov mriežky. Typ uhlíkového vlákna, typ matrice, hustota, merná tepelná kapacita, stupeň grafitizácie, štruktúra predlisku, objemová frakcia vlákna, teplota tepelného spracovania/teplota grafitizácie atď. ovplyvňujú uhlíkové materiály Hlavný faktor tepelnej vodivosti.
V súčasnosti existujú hlavne tri typy uhlíkových materiálov s vysokou tepelnou vodivosťou:
1. Diamantový materiál
V súčasnosti je známe, že prírodný diamant má najvyššiu tepelnú vodivosť spomedzi prírodných materiálov a jeho tepelná vodivosť pri izbovej teplote je asi 2000 až 2100 W/(m∙K). Diamant je zároveň aj dobrým izolantom a ideálnym materiálom na odvádzanie tepla substrátu. V súčasnosti má diamantový uhlíkový film pripravený metódou chemického naparovania výhody vysokej kvality a nízkych nákladov.
2. Grafitový materiál
Grafit sa skladá zo šiestich hranolových plôch a dvoch tesne uložených základných plôch. Patrí do šesťuholníkovej štruktúry a delí sa hlavne do dvoch kategórií: prírodný grafit a umelý grafit. Tepelná vodivosť obyčajného grafitu pri izbovej teplote je len 70 až 150W/(m∙K), kým tepelná vodivosť prírodného grafitu na kryštálovej rovine 002 pri izbovej teplote môže dosiahnuť 2200W/(m∙K). Tepelná vodivosť na povrchu tiež dosiahla 2000 W/(m∙K).
3. Grafénové materiály
Grafénový materiál sa skladá z dvojrozmernej rovinnej štruktúry zloženej z jednej vrstvy atómov uhlíka tesne usporiadaných do pravidelného šesťuholníka. Má voštinový tvar a je to jedna vrstva povrchového materiálu atómov uhlíka odlupovaného z grafitu. Metóda mikromechanickej exfoliácie, metóda epitaxného rastu, metóda chemického nanášania pár a metóda chemickej redukcie oxidu grafénu sú hlavné metódy prípravy grafénu. Tepelná vodivosť jednovrstvového suspendovaného grafénu pri izbovej teplote môže dosiahnuť 3000 až 5300 W/(m∙K) ).
Atómy uhlíka majú špeciálne usporiadanie. Bežne používané uhlíkové materiály majú obrovskú štruktúru a anizotropiu tepelnej vodivosti, to znamená, že majú vysokú tepelnú vodivosť v smere kryštálových rovín grafitu, pričom tepelná vodivosť medzi kryštálovými rovinami je veľmi malá. Výhodná orientácia obmedzuje jeho tepelnú vodivosť v smere hrúbky.
Nemožno však ignorovať výhody karbónových materiálov. Materiály tepelného manažmentu, ktoré využívajú ich kontroly a vyváženie, sú obzvlášť vhodné na odvádzanie tepla z komponentov s veľkými tepelnými tokmi v malých priestoroch a môžu spĺňať požiadavky vývoja elektronických komponentov novej generácie a majú veľký význam pre vývoj moderný priemysel, národná obrana a špičkové technológie.
