Scopri i materiali in carbonio ad alta conduttività termica
I precedenti dissipatori di calore in metallo (alluminio, rame) sono difficili da soddisfare le esigenze di dissipazione del calore a causa dei problemi di alta densità, alto coefficiente di espansione termica e materiali impuri. Con il rapido sviluppo della scienza e della tecnologia, l'industria aerospaziale, le comunicazioni satellitari, i computer ad alta velocità e altri campi prestano sempre più attenzione ai problemi di dissipazione del calore e vengono proposti requisiti più elevati per i materiali di gestione termica.
A causa della sua bassa densità, alta resistenza, elevata conduttività termica e resistenza chimica, i materiali in carbonio dovrebbero sostituire i precedenti materiali metallici e diventare una nuova generazione di materiali ad alta conduttività termica.
La conduzione del calore dei materiali di carbonio è principalmente realizzata dalla vibrazione termica degli atomi del reticolo. Il tipo di fibra di carbonio, il tipo di matrice, la densità, la capacità termica specifica, il grado di grafitizzazione, la struttura della preforma, la frazione di volume della fibra, la temperatura di trattamento termico/temperatura di grafitizzazione, ecc. Influiscono sui materiali di carbonio Il principale fattore di conduttività termica.
Attualmente, ci sono principalmente tre tipi di materiali in carbonio ad alta conducibilità termica:
1. Materiale del diamante
Attualmente, è noto che il diamante naturale ha la più alta conduttività termica tra i materiali naturali e la sua conduttività termica a temperatura ambiente è di circa 2000-2100 W/(m∙K). Allo stesso tempo, il diamante è anche un buon isolante e un materiale ideale per la dissipazione del calore del substrato. Allo stato attuale, il film di carbonio diamantato preparato con il metodo di deposizione chimica da vapore presenta i vantaggi di alta qualità e basso costo.
2. Materiale grafite
La grafite è composta da sei facce prismatiche e due facce base compatte. Appartiene alla struttura esagonale e si divide principalmente in due categorie: grafite naturale e grafite artificiale. La conduttività termica della grafite ordinaria a temperatura ambiente è solo da 70 a 150 W/(m∙K), mentre la conduttività termica della grafite naturale sul piano cristallino 002 a temperatura ambiente può raggiungere i 2200 W/(m∙K). Anche la conducibilità termica sulla superficie ha raggiunto 2000W/(m∙K).
3. Materiali in grafene
Il materiale grafene è composto da una struttura planare bidimensionale composta da un singolo strato di atomi di carbonio strettamente disposti in un esagono regolare. È una forma a nido d'ape ed è un singolo strato di materiale superficiale atomo di carbonio esfoliato dalla grafite. Il metodo di esfoliazione micromeccanica, il metodo di crescita epitassiale, il metodo di deposizione chimica da vapore e il metodo di riduzione chimica dell'ossido di grafene sono i principali metodi di preparazione del grafene. La conduttività termica a temperatura ambiente del grafene sospeso a strato singolo può raggiungere da 3000 a 5300 W/(m∙K)).
Gli atomi di carbonio hanno una disposizione speciale. I materiali di carbonio comunemente usati hanno un'enorme struttura e anisotropia della conduttività termica, cioè hanno un'elevata conduttività termica nella direzione dei piani di cristallo di grafite, mentre la conduttività termica tra i piani di cristallo è molto piccola. L'orientamento preferito ne limita la conduttività termica nella direzione dello spessore.
Tuttavia, i vantaggi dei materiali in carbonio non possono essere ignorati. I materiali per la gestione termica che si avvalgono dei loro controlli e contrappesi sono particolarmente adatti per dissipare il calore da componenti con grandi flussi termici in piccoli spazi, e possono soddisfare le esigenze di sviluppo dei componenti elettronici di nuova generazione, e sono di grande importanza per lo sviluppo di industria moderna, difesa nazionale e alta tecnologia.
