Μάθετε για τα υλικά άνθρακα υψηλής θερμικής αγωγιμότητας
Οι προηγούμενες ψύκτες θερμότητας μετάλλων (αλουμίνιο, χαλκός) είναι δύσκολο να καλύψουν τις ανάγκες απαγωγής θερμότητας λόγω των προβλημάτων της υψηλής πυκνότητας, του υψηλού συντελεστή θερμικής διαστολής και των ακάθαρτων υλικών. Με την ταχεία ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, η αεροδιαστημική, οι δορυφορικές επικοινωνίες, οι υπολογιστές υψηλής ταχύτητας και άλλα πεδία δίνουν όλο και μεγαλύτερη προσοχή στα ζητήματα απαγωγής θερμότητας και προβάλλονται υψηλότερες απαιτήσεις για υλικά θερμικής διαχείρισης.
Λόγω της χαμηλής πυκνότητας, της υψηλής αντοχής, της υψηλής θερμικής αγωγιμότητας και της χημικής αντοχής, τα υλικά άνθρακα αναμένεται να αντικαταστήσουν τα προηγούμενα μεταλλικά υλικά και να γίνουν μια νέα γενιά υλικών υψηλής θερμικής αγωγιμότητας.
Η θερμική αγωγιμότητα των υλικών άνθρακα πραγματοποιείται κυρίως από τη θερμική δόνηση των ατόμων του πλέγματος. Ο τύπος των ανθρακονημάτων, ο τύπος μήτρας, η πυκνότητα, η ειδική θερμοχωρητικότητα, ο βαθμός γραφιτοποίησης, η δομή προμορφώματος, το κλάσμα όγκου ινών, η θερμοκρασία θερμικής επεξεργασίας/θερμοκρασία γραφιτοποίησης κ.λπ. επηρεάζουν τα υλικά άνθρακα Ο κύριος παράγοντας θερμικής αγωγιμότητας.
Επί του παρόντος, υπάρχουν κυρίως τρεις τύποι υλικών άνθρακα υψηλής θερμικής αγωγιμότητας:
1. Διαμαντένιο υλικό
Προς το παρόν, είναι γνωστό ότι το φυσικό διαμάντι έχει την υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα μεταξύ των φυσικών υλικών και η θερμική αγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου είναι περίπου 2000 έως 2100 W/(m∙K). Ταυτόχρονα, το διαμάντι είναι επίσης καλός μονωτήρας και ιδανικό υλικό απαγωγής θερμότητας υποστρώματος. Επί του παρόντος, το φιλμ άνθρακα διαμαντιού που παρασκευάζεται με τη μέθοδο χημικής εναπόθεσης ατμού έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής ποιότητας και του χαμηλού κόστους.
2. Υλικό γραφίτη
Ο γραφίτης αποτελείται από έξι όψεις πρίσματος και δύο κλειστές επιφάνειες βάσης. Ανήκει στην εξαγωνική δομή και χωρίζεται κυρίως σε δύο κατηγορίες: φυσικό γραφίτη και τεχνητό γραφίτη. Η θερμική αγωγιμότητα του συνηθισμένου γραφίτη σε θερμοκρασία δωματίου είναι μόνο 70 έως 150 W/(m∙K), ενώ η θερμική αγωγιμότητα του φυσικού γραφίτη στο κρυσταλλικό επίπεδο 002 σε θερμοκρασία δωματίου μπορεί να φτάσει τα 2200 W/(m∙K). Η θερμική αγωγιμότητα στην επιφάνεια έχει επίσης φτάσει τα 2000W/(m∙K).
3. Υλικά γραφενίου
Το υλικό γραφενίου αποτελείται από μια δισδιάστατη επίπεδη δομή που αποτελείται από ένα μόνο στρώμα ατόμων άνθρακα στενά διατεταγμένα σε ένα κανονικό εξάγωνο. Έχει σχήμα κηρήθρας και είναι ένα μονό στρώμα υλικού επιφάνειας ατόμου άνθρακα απολεπισμένο από γραφίτη. Η μέθοδος μικρομηχανικής απολέπισης, η μέθοδος επιταξιακής ανάπτυξης, η μέθοδος χημικής εναπόθεσης ατμών και η μέθοδος χημικής αναγωγής οξειδίου του γραφενίου είναι οι κύριες μέθοδοι παρασκευής του γραφενίου. Η θερμική αγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου του αιωρούμενου γραφενίου μιας στρώσης μπορεί να φτάσει τα 3000 έως 5300 W/(m∙K) ).
Τα άτομα άνθρακα έχουν μια ειδική διάταξη. Τα συνήθως χρησιμοποιούμενα υλικά άνθρακα έχουν τεράστια δομή και ανισοτροπία θερμικής αγωγιμότητας, δηλαδή έχουν υψηλή θερμική αγωγιμότητα προς την κατεύθυνση των κρυσταλλικών επιπέδων γραφίτη, ενώ η θερμική αγωγιμότητα μεταξύ των κρυσταλλικών επιπέδων είναι πολύ μικρή. Ο προτιμώμενος προσανατολισμός περιορίζει τη θερμική του αγωγιμότητα στην κατεύθυνση του πάχους.
Ωστόσο, τα πλεονεκτήματα των υλικών άνθρακα δεν μπορούν να αγνοηθούν. Τα υλικά θερμικής διαχείρισης που χρησιμοποιούν τους ελέγχους και τις ισορροπίες τους είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για τη διάχυση της θερμότητας από εξαρτήματα με μεγάλες ροές θερμότητας σε μικρούς χώρους και μπορούν να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις ανάπτυξης ηλεκτρονικών εξαρτημάτων επόμενης γενιάς και έχουν μεγάλη σημασία για την ανάπτυξη σύγχρονη βιομηχανία, εθνική άμυνα και υψηλή τεχνολογία.
