Τάση ανάπτυξης του Υλικού Θερμικής Διεπαφής
Οι υψηλές θερμοκρασίες μπορεί να έχουν επιβλαβείς επιπτώσεις στη σταθερότητα, την αξιοπιστία και τη διάρκεια ζωής των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων. Συχνά υπάρχουν μικρά κενά μεταξύ των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων και των ψυκτών, με αποτέλεσμα μια πραγματική επιφάνεια επαφής μόλις 10% της επιφάνειας βάσης της ψύκτρας, η οποία παρεμποδίζει σοβαρά τη μεταφορά θερμότητας. Η χρήση υλικού θερμικής διεπαφής για την πλήρωση των κενών μπορεί να μειώσει σημαντικά τη θερμική αντίσταση επαφής και να διασφαλίσει ότι η θερμότητα που παράγεται από τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα θέρμανσης αποβάλλεται έγκαιρα.
Με την έλευση της εποχής του Διαδικτύου των Πραγμάτων, η ενοποίηση των ηλεκτρονικών προϊόντων συνεχίζει να βελτιώνεται. Επιπλέον, η εισαγωγή σημάτων υψηλής συχνότητας και η αναβάθμιση των εξαρτημάτων υλικού οδήγησαν σε διπλασιασμό του αριθμού των συνδεδεμένων συσκευών και κεραιών, με αποτέλεσμα τη συνεχή αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας και την ταχεία αύξηση της παραγωγής θερμότητας. Το υλικό θερμικής διεπαφής έχει εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα και ισχυρή περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα, τα οποία παρέχουν ισχυρή βοήθεια για την υψηλή ενσωμάτωση και τη σμίκρυνση του εξοπλισμού και αναμένεται να γίνουν οι πιο ανατρεπτικές και μετασχηματιστικές λύσεις θερμικής διαχείρισης.
Όσον αφορά τη βιομηχανία, η βιομηχανία ηλεκτρονικών, που αντιπροσωπεύεται από τους τρεις καυτούς τομείς, προβάλλει όλο και περισσότερες απαιτήσεις για προηγμένα συστήματα διαχείρισης θερμότητας και υλικό θερμικής διεπαφής:
Έξυπνα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης:Τα ηλεκτρονικά προϊόντα των smartphones και των tablet έχουν μια σφιχτή και εξαιρετικά ενσωματωμένη δομή και η συνεχής βελτίωση της πυκνότητας ροής θερμότητας έχει δημιουργήσει όλο και πιο υψηλές απαιτήσεις για συστήματα διαχείρισης θερμότητας.
Εξοπλισμός επικοινωνίας:Ο εξοπλισμός επικοινωνίας γίνεται όλο και πιο περίπλοκος, η κατανάλωση ενέργειας αυξάνεται και η τιμή θερμότητας αυξάνεται ραγδαία, γεγονός που θα επιφέρει τεράστια αυξητική ζήτηση για υλικό θερμικής διεπαφής.
Ηλεκτρονικά αυτοκινήτων:Από τη μία πλευρά, η θερμοκρασία λειτουργίας της ηλεκτρονικής μονάδας ελέγχου κινητήρα, της μονάδας ανάφλεξης, της μονάδας ισχύος και των διαφόρων αισθητήρων είναι εξαιρετικά υψηλή. Από την άλλη πλευρά, η ισχύς της μπαταρίας των οχημάτων νέας ενέργειας είναι τεράστια και η παραδοσιακή ψύξη αέρα και η υδρόψυξη δεν αρκούν για να αντιμετωπίσουν την τεράστια απαγωγή θερμότητας. Υπάρχει μια επείγουσα και εξατομικευμένη ζήτηση για υλικό θερμικής διεπαφής.
Επιπλέον, οι συσκευές που χρησιμοποιούνται στην αεροπορία, την αεροδιαστημική, τον στρατιωτικό και άλλους τομείς συνήθως πρέπει να λειτουργούν σε σκληρά περιβάλλοντα όπως υψηλή συχνότητα, υψηλή τάση, υψηλή ισχύ και ακραίες θερμοκρασίες και απαιτούν υψηλή αξιοπιστία, μεγάλο χρόνο εργασίας χωρίς σφάλματα και εξαιρετικά υψηλές ολοκληρωμένες απαιτήσεις απόδοσης για υλικά απαγωγής θερμότητας.
Σύμφωνα με ερευνητικά δεδομένα της BCC, το μέγεθος της παγκόσμιας αγοράς υλικού θερμικής διεπαφής έχει αυξηθεί από 716 εκατομμύρια δολάρια το 2014 σε 937 εκατομμύρια δολάρια το 2018, με σύνθετο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης 7,4%. Αναμένεται ότι το μέγεθος της αγοράς θα φτάσει τα 1,08 δισεκατομμύρια δολάρια το 2021. Μεταξύ αυτών, η περιοχή της Ασίας-Ειρηνικού θα ξεπεράσει τα 812 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ, η Ευρώπη περίπου τα 113 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ, η Βόρεια Αμερική περίπου τα 101 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ και άλλες περιοχές περίπου τα 54 εκατομμύρια δολάρια δολάρια ΗΠΑ.
Τα σύνθετα υλικά που βασίζονται σε θερμικά αγώγιμα πολυμερή έχουν τα πλεονεκτήματα της χαμηλής πυκνότητας, των εξαιρετικών διηλεκτρικών ιδιοτήτων, των χαμηλών τιμών των πρώτων υλών και της εύκολης επεξεργασίας, αλλά η θερμική αγωγιμότητα των θερμικά αγώγιμων σύνθετων με βάση πολυμερή είναι σχετικά χαμηλή. Τα ανόργανα νανο υλικά όπως το οξείδιο του αργιλίου, το νιτρίδιο του αργιλίου, το καρβίδιο του πυριτίου, το νιτρίδιο του βορίου και οι νανοσωλήνες άνθρακα μπορούν να βελτιώσουν αποτελεσματικά τη θερμική αγωγιμότητα των πολυμερών υλικών, αλλά τα ανόργανα πληρωτικά θα κάνουν τα πολυμερή υλικά εύθραυστα και σκληρά. Επί του παρόντος, δεν υπάρχει καλή λύση σε αυτό το πρόβλημα και οι διεθνείς και οι εγχώριες αγορές βρίσκονται βασικά στον ίδιο δρόμο.
Το ιδανικό υλικό θερμικής διεπαφής θα πρέπει να έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: υψηλή θερμική αγωγιμότητα, υψηλή ευελιξία, διαβρεξιμότητα επιφάνειας, κατάλληλο ιξώδες, ευαισθησία υψηλής πίεσης, καλή σταθερότητα θερμικού και ψυχρού κύκλου, επαναχρησιμοποιήσιμο κ.λπ. Επομένως, πρέπει να επιλυθούν περαιτέρω ζητήματα:
Πρώτον, στο σχεδιασμό σύνθετων υλικών με βάση το πολυμερές, απαιτείται πιο προηγμένος σχεδιασμός οπλισμού για τη βελτίωση της θερμικής αγωγιμότητας με παράλληλη εξασφάλιση μηχανικών ιδιοτήτων.
Δεύτερον, όσον αφορά την προετοιμασία και την επεξεργασία του υλικού, είναι απαραίτητο να βελτιωθεί η διεπιφάνεια σύνδεσης μεταξύ πληρωτικών, οπλισμών και μήτρας για να επιτευχθεί μια ιδανική διαμόρφωση σύνθετου υλικού.
Τρίτον, όσον αφορά τη βασική θεωρητική έρευνα, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε περαιτέρω τη αγωγιμότητα θερμότητας φωνονίων πολλαπλής κλίμακας, τον μηχανισμό αγωγής φέροντος, τον μηχανισμό σύζευξης ηλεκτρονίων φωνονίων, τον μηχανισμό μεταφοράς ηλεκτρονίων και φωνονίων στη διεπαφή κ.λπ., ώστε να παρασχεθεί θεωρητική βάση για ο σχεδιασμός του υλικού θερμικής διεπαφής.
