Dowiedz się o materiałach węglowych o wysokiej przewodności cieplnej

Dotychczasowe metalowe (aluminiowe, miedziane) radiatory są trudne do zaspokojenia potrzeb odprowadzania ciepła ze względu na problemy związane z wysoką gęstością, wysokim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej i zanieczyszczonymi materiałami. Wraz z szybkim rozwojem nauki i technologii, lotnictwo, komunikacja satelitarna, szybkie komputery i inne dziedziny zwracają coraz większą uwagę na kwestie rozpraszania ciepła i stawiają wyższe wymagania dotyczące materiałów do zarządzania ciepłem.

Ze względu na niską gęstość, wysoką wytrzymałość, wysoką przewodność cieplną i odporność chemiczną oczekuje się, że materiały węglowe zastąpią poprzednie materiały metalowe i staną się nową generacją materiałów o wysokiej przewodności cieplnej.

Przewodzenie ciepła materiałów węglowych jest realizowane głównie przez drgania cieplne atomów sieci. Rodzaj włókna węglowego, typ matrycy, gęstość, ciepło właściwe, stopień grafityzacji, struktura preformy, udział objętościowy włókien, temperatura obróbki cieplnej/temperatura grafityzacji itp. wpływają na materiały węglowe Główny czynnik przewodnictwa cieplnego.

Obecnie istnieją głównie trzy rodzaje materiałów węglowych o wysokiej przewodności cieplnej:

1. Materiał diamentowy

Obecnie wiadomo, że diament naturalny ma najwyższą przewodność cieplną spośród materiałów naturalnych, a jego przewodność cieplna w temperaturze pokojowej wynosi około 2000 do 2100 W/(m∙K). Jednocześnie diament jest również dobrym izolatorem i idealnym materiałem rozpraszającym ciepło podłoża. Obecnie diamentowa folia węglowa przygotowana metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej ma zalety wysokiej jakości i niskiego kosztu.

2. Materiał grafitowy

Grafit składa się z sześciu pryzmatów i dwóch gęsto upakowanych powierzchni bazowych. Należy do struktury heksagonalnej i dzieli się głównie na dwie kategorie: grafit naturalny i grafit sztuczny. Przewodność cieplna zwykłego grafitu w temperaturze pokojowej wynosi tylko 70 do 150 W/(m∙K), podczas gdy przewodność cieplna naturalnego grafitu na płaszczyźnie kryształu 002 w temperaturze pokojowej może osiągnąć 2200 W/(m∙K). Przewodność cieplna na powierzchni również osiągnęła 2000W/(m∙K).

3. Materiały grafenowe

Materiał grafenowy składa się z dwuwymiarowej płaskiej struktury składającej się z pojedynczej warstwy atomów węgla ściśle ułożonych w regularny sześciokąt. Ma kształt plastra miodu i jest pojedynczą warstwą materiału powierzchniowego z atomem węgla złuszczonego z grafitu. Metoda eksfoliacji mikromechanicznej, metoda wzrostu epitaksjalnego, metoda chemicznego osadzania z fazy gazowej oraz metoda redukcji chemicznej tlenku grafenu to główne metody otrzymywania grafenu. Przewodność cieplna jednowarstwowego grafenu zawieszonego w temperaturze pokojowej może osiągnąć 3000 do 5300 W/(m∙K)).

Atomy węgla mają specjalny układ. Powszechnie stosowane materiały węglowe mają ogromną strukturę i anizotropię przewodności cieplnej, to znaczy mają wysoką przewodność cieplną w kierunku płaszczyzn kryształów grafitu, natomiast przewodność cieplna pomiędzy płaszczyznami kryształów jest bardzo mała. Preferowana orientacja ogranicza jego przewodność cieplną w kierunku grubości.

Nie można jednak ignorować zalet materiałów węglowych. Materiały do ​​zarządzania ciepłem, które wykorzystują ich kontrolę i równowagę, są szczególnie odpowiednie do rozpraszania ciepła z komponentów o dużym strumieniu ciepła w małych przestrzeniach i mogą spełniać wymagania rozwojowe komponentów elektronicznych nowej generacji i mają ogromne znaczenie dla rozwoju nowoczesny przemysł, obrona narodowa i wysoka technologia.