Opi korkean lämmönjohtavuuden hiilimateriaaleista
Aikaisempia metallisia (alumiini, kupari) jäähdytyslevyjä on vaikea täyttää lämmönpoistotarpeet suuren tiheyden, korkean lämpölaajenemiskertoimen ja epäpuhtaiden materiaalien ongelmien vuoksi. Tieteen ja tekniikan nopean kehityksen myötä ilmailuala, satelliittiviestintä, nopeat tietokoneet ja muut alat kiinnittävät yhä enemmän huomiota lämmönpoistoongelmiin, ja lämmönhallintamateriaaleille asetetaan korkeampia vaatimuksia.
Pienen tiheyden, suuren lujuutensa, korkean lämmönjohtavuutensa ja kemiallisen kestävyytensä vuoksi hiilimateriaalien odotetaan korvaavan aiemmat metallimateriaalit ja niistä tulee uuden sukupolven korkean lämmönjohtavuuden materiaaleja.
Hiilimateriaalien lämmönjohtavuus toteutetaan pääasiassa hilaatomien lämpövärähtelyllä. Hiilikuidun tyyppi, matriisityyppi, tiheys, ominaislämpökapasiteetti, grafitoitumisaste, esimuotin rakenne, kuidun tilavuusosuus, lämpökäsittelyn lämpötila/grafitointilämpötila jne. vaikuttavat hiilimateriaaleihin Lämmönjohtavuuden päätekijä.
Tällä hetkellä korkean lämmönjohtavuuden omaavia hiilimateriaaleja on pääasiassa kolmenlaisia:
1. Timanttimateriaali
Tällä hetkellä tiedetään, että luonnontimantilla on korkein lämmönjohtavuus luonnonmateriaaleista ja sen huoneenlämpötilan lämmönjohtavuus on noin 2000-2100W/(m∙K). Samalla timantti on myös hyvä eriste ja ihanteellinen alustan lämmönpoistomateriaali. Tällä hetkellä kemiallisella höyrypinnoitusmenetelmällä valmistetulla timanttihiilikalvolla on korkea laatu ja alhaiset kustannukset.
2. Grafiittimateriaali
Grafiitti koostuu kuudesta prismapinnasta ja kahdesta tiiviisti pakatusta pohjapinnasta. Se kuuluu kuusikulmaiseen rakenteeseen ja jaetaan pääasiassa kahteen luokkaan: luonnollinen grafiitti ja keinotekoinen grafiitti. Tavallisen grafiitin lämmönjohtavuus huoneenlämpötilassa on vain 70-150 W/(m∙K), kun taas luonnollisen grafiitin lämmönjohtavuus 002-kidetasolla huoneenlämpötilassa voi olla 2200W/(m∙K). Myös pinnan lämmönjohtavuus on saavuttanut 2000W/(m∙K).
3. Grafeenimateriaalit
Grafeenimateriaali koostuu kaksiulotteisesta tasomaisesta rakenteesta, joka koostuu yhdestä kerroksesta hiiliatomeja, jotka on sijoitettu tiiviisti säännölliseen kuusikulmioon. Se on hunajakennomainen ja on yksi kerros hiiliatomin pintamateriaalia, joka on kuorittu grafiitista. Mikromekaaninen kuorintamenetelmä, epitaksiaalinen kasvumenetelmä, kemiallinen höyrypinnoitusmenetelmä ja grafeenioksidin kemiallinen pelkistysmenetelmä ovat grafeenin tärkeimmät valmistusmenetelmät. Yksikerroksisen suspendoidun grafeenin huoneenlämpötilan lämmönjohtavuus voi olla 3000-5300W/(m∙K)).
Hiiliatomeilla on erityinen järjestely. Yleisesti käytetyillä hiilimateriaaleilla on valtava rakenne ja lämmönjohtavuuden anisotropia, eli niillä on korkea lämmönjohtavuus grafiittikidetasojen suunnassa, kun taas kidetasojen välinen lämmönjohtavuus on hyvin pieni. Edullinen suuntaus rajoittaa sen lämmönjohtavuutta paksuussuunnassa.
Hiilimateriaalien etuja ei kuitenkaan voida jättää huomiotta. Säätöjä ja tasapainoa hyödyntävät lämmönhallintamateriaalit soveltuvat erityisen hyvin lämmönpoistoon suuria lämpövuoja omaavista komponenteista pienissä tiloissa ja voivat täyttää seuraavan sukupolven elektroniikkakomponenttien kehitysvaatimukset, ja niillä on suuri merkitys sähköisten komponenttien kehitykselle. moderni teollisuus, maanpuolustus ja korkea teknologia.
