Aflați despre materialele de carbon cu conductivitate termică ridicată

Radiatoarele de căldură anterioare din metal (aluminiu, cupru) sunt dificil de îndeplinit nevoile de disipare a căldurii din cauza problemelor de densitate mare, coeficient ridicat de dilatare termică și materiale impure. Odată cu dezvoltarea rapidă a științei și tehnologiei, aerospațiale, comunicațiile prin satelit, computerele de mare viteză și alte domenii acordă din ce în ce mai multă atenție problemelor de disipare a căldurii și sunt propuse cerințe mai mari pentru materialele de management termic.

Datorită densității scăzute, rezistenței ridicate, conductivității termice ridicate și rezistenței chimice, materialele de carbon sunt de așteptat să înlocuiască materialele metalice anterioare și să devină o nouă generație de materiale cu conductivitate termică ridicată.

Conducerea căldurii materialelor carbonice este realizată în principal prin vibrația termică a atomilor rețelei. Tipul de fibră de carbon, tipul matricei, densitatea, capacitatea termică specifică, gradul de grafitizare, structura preformei, fracția de volum a fibrei, temperatura de tratament termic/temperatura de grafitizare etc. afectează materialele de carbon Principalul factor de conductivitate termică.

În prezent, există în principal trei tipuri de materiale de carbon cu conductivitate termică ridicată:

1. Material diamant

În prezent, se știe că diamantul natural are cea mai mare conductivitate termică dintre materialele naturale, iar conductivitatea termică la temperatura camerei este de aproximativ 2000 până la 2100 W/(m∙K). În același timp, diamantul este, de asemenea, un bun izolator și un material ideal pentru disiparea căldurii de substrat. În prezent, filmul de carbon diamant preparat prin metoda de depunere chimică în vapori are avantajele calității înalte și costurilor reduse.

2. Material grafit

Grafitul este compus din șase fețe de prismă și două fețe de bază compacte. Aparține structurii hexagonale și este împărțit în principal în două categorii: grafit natural și grafit artificial. Conductivitatea termică a grafitului obișnuit la temperatura camerei este de numai 70 până la 150 W/(m∙K), în timp ce conductivitatea termică a grafitului natural pe planul cristalin 002 la temperatura camerei poate ajunge la 2200W/(m∙K). Conductivitatea termică la suprafață a ajuns și la 2000W/(m∙K).

3. Materiale din grafen

Materialul grafen este compus dintr-o structură plană bidimensională compusă dintr-un singur strat de atomi de carbon strâns aranjați într-un hexagon regulat. Este o formă de fagure și este un singur strat de material de suprafață cu atom de carbon exfoliat din grafit. Metoda de exfoliere micromecanică, metoda de creștere epitaxială, metoda de depunere chimică în vapori și metoda de reducere chimică a oxidului de grafen sunt principalele metode de preparare a grafenului. Conductivitatea termică la temperatura camerei a grafenului suspendat cu un singur strat poate ajunge la 3000 până la 5300 W/(m∙K)).

Atomii de carbon au un aranjament special. Materialele de carbon utilizate în mod obișnuit au o structură uriașă și anizotropie a conductibilității termice, adică au o conductivitate termică ridicată în direcția planurilor cristaline de grafit, în timp ce conductivitatea termică între planurile cristaline este foarte mică. Orientarea preferată îi limitează conductivitatea termică în direcția grosimii.

Cu toate acestea, avantajele materialelor din carbon nu pot fi ignorate. Materialele de management termic care folosesc controalele și echilibrele lor sunt potrivite în special pentru disiparea căldurii din componentele cu fluxuri mari de căldură în spații mici și pot îndeplini cerințele de dezvoltare ale componentelor electronice de ultimă generație și sunt de mare importanță pentru dezvoltarea industrie modernă, apărare națională și înaltă tehnologie.