Coneix els materials de carboni d'alta conductivitat tèrmica
Els dissipadors de calor anteriors de metall (alumini, coure) són difícils de satisfer les necessitats de dissipació de calor a causa dels problemes d'alta densitat, alt coeficient d'expansió tèrmica i materials impurs. Amb el ràpid desenvolupament de la ciència i la tecnologia, l'aeroespacial, les comunicacions per satèl·lit, els ordinadors d'alta velocitat i altres camps estan prestant cada cop més atenció als problemes de dissipació de calor i es plantegen requisits més elevats per als materials de gestió tèrmica.
A causa de la seva baixa densitat, alta resistència, alta conductivitat tèrmica i resistència química, s'espera que els materials de carboni substitueixin els materials metàl·lics anteriors i es converteixin en una nova generació de materials d'alta conductivitat tèrmica.
La conducció de calor dels materials de carboni es realitza principalment per la vibració tèrmica dels àtoms de gelosia. El tipus de fibra de carboni, el tipus de matriu, la densitat, la capacitat calorífica específica, el grau de grafitització, l'estructura de la preforma, la fracció de volum de la fibra, la temperatura de tractament tèrmic/temperatura de grafitització, etc. afecten els materials de carboni El principal factor de conductivitat tèrmica.
Actualment, hi ha principalment tres tipus de materials de carboni d'alta conductivitat tèrmica:
1. Material de diamant
Actualment, se sap que el diamant natural té la conductivitat tèrmica més alta entre els materials naturals i la seva conductivitat tèrmica a temperatura ambient és d'uns 2000 a 2100 W/(m∙K). Al mateix temps, el diamant també és un bon aïllant i un material ideal per a la dissipació de calor del substrat. Actualment, la pel·lícula de carboni de diamant preparada pel mètode de deposició de vapor químic té els avantatges d'alta qualitat i baix cost.
2. Material de grafit
El grafit es compon de sis cares de prismes i dues cares de base molt compactes. Pertany a l'estructura hexagonal i es divideix principalment en dues categories: grafit natural i grafit artificial. La conductivitat tèrmica del grafit normal a temperatura ambient és només de 70 a 150 W/(m∙K), mentre que la conductivitat tèrmica del grafit natural al pla de cristall 002 a temperatura ambient pot arribar als 2200W/(m∙K). La conductivitat tèrmica a la superfície també ha arribat als 2000 W/(m∙K).
3. Materials de grafè
El material de grafè es compon d'una estructura plana bidimensional composta d'una sola capa d'àtoms de carboni estretament disposats en un hexàgon regular. És una forma de bresca i és una sola capa de material superficial d'àtoms de carboni exfoliat de grafit. El mètode d'exfoliació micromecànica, el mètode de creixement epitaxial, el mètode de deposició química de vapor i el mètode de reducció química d'òxid de grafè són els principals mètodes de preparació del grafè. La conductivitat tèrmica a temperatura ambient del grafè suspès d'una sola capa pot arribar a 3000 a 5300 W/(m∙K)).
Els àtoms de carboni tenen una disposició especial. Els materials de carboni utilitzats habitualment tenen una gran estructura i anisotropia de la conductivitat tèrmica, és a dir, tenen una alta conductivitat tèrmica en la direcció dels plans de cristall de grafit, mentre que la conductivitat tèrmica entre els plans de cristall és molt petita. L'orientació preferida limita la seva conductivitat tèrmica en la direcció del gruix.
Tanmateix, no es poden ignorar els avantatges dels materials de carboni. Els materials de gestió tèrmica que fan ús dels seus controls i equilibris són especialment adequats per dissipar la calor dels components amb grans fluxos de calor en espais reduïts i poden complir els requisits de desenvolupament de components electrònics de nova generació i són de gran importància per al desenvolupament de indústria moderna, defensa nacional i alta tecnologia.
