1 、 ما هو الحشو الموصل الحراري؟
الحشو الموصل الحراري هو مادة وظيفية تضاف إلى مواد المصفوفة مثل المواد البلاستيكية والمطاط والمواد اللاصقة وما إلى ذلك لتحسين الموصلية الحرارية. وهي تحسن بشكل كبير من كفاءة الموصلية الحرارية للمواد المركبة عن طريق تشكيل مسارات التوصيل الحراري أو الشبكات ، وتستخدم على نطاق واسع في تبديد حرارة الجهاز الإلكتروني وإضاءة LED وتخزين الطاقة والفضاء وغيرها من الحقول.
تحقق آلية الحشو الموصل الحراري بشكل أساسي نقل الحرارة الفعال عن طريق تكوين قنوات موصلة حرارية ، وتعزيز نقل فونون ، وتوصيل الإلكترون. فيما يلي الآليات المحددة:
تشكيل مسار التوصيل الحراري
يشكل الحشو قنوات توصيل حرارية مستمرة في مصفوفة البوليمر ، والتي من خلالها يتم نقل تدفق الحرارة ، متجاوزًا مناطق المقاومة الحرارية العالية في المصفوفة. عندما يكون محتوى الحشو منخفضًا ، فإن توزيعها العشوائي يجعل من الصعب تكوين مسارات فعالة ؛ مع زيادة الحشو ، تتلامس مع بعضها البعض لتشكيل سلسلة أو بنية شبكة ، وتحسين الموصلية الحرارية بشكل كبير.
تعزيز التوصيل الصوتي
مواد غير معدنية مثل كربيد السيليكون ونيتريد الألومنيوم تنقل الحرارة من خلال اهتزازات الشبكة (الفونونات). كلما ارتفع الموصلية الحرارية للحشو (مثل نيتريد البورون الذي يصل إلى 320 واط/(م · ك)) ، زادت كفاءة نقل فونون ، وأكثر أهمية التحسن في الموصلية الحرارية للمادة المركبة.
التآزر التوصيل الإلكتروني
الحشو الموصل الجزئي (مثل النحاس والفضة) إجراء الحرارة من خلال الإلكترونات الحرة. هذا النوع من الحشو لا يعزز التوصيل الفونون فحسب ، بل قد يشكل أيضًا تأثير الموصلية الحرارية التآزرية للتآزر الإلكترونية ، مما يؤدي إلى زيادة الكفاءة.
تأثير العتبة الحاسمة
عندما تصل كمية الحشو المضافة إلى القيمة الحرجة (عتبة الترشيح) ، يتشكل مسار التوصيل الحراري فجأة ، ويزيد الموصلية الحرارية بشكل كبير. هذه الظاهرة أكثر وضوحًا في مواد الحشو الموصلية الحرارية العالية مثل الأنابيب النانوية الكربونية ، ولكن قابلية تطبيقها على الحشو التقليدي مثل الألومينا محدودة.
2. أنواع الحشو الموصل الحراري
الألومينا الكروية هي أطول حشو موصل حراري وأكثرها شيوعًا ، مع معامل الموصلية الحرارية بين 20-40W/M · K. من السهل نسبيًا تطبيقها وسهل التشتت وليس من السهل على التكتل. لديها أداء عزل جيد نسبيا ، قابلية التدفق الجيد ، وهو مناسب للملء العالي. يقلل بنية الخواص الخواص من المصفوفة الداخلية (مثل راتنج الايبوكسي) لتجنب التكسير. في الوقت نفسه ، تكون تكلفة الألومينا الكروية منخفضة نسبيًا ، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع في مواد الواجهة الحرارية المختلفة وهي حاليًا الحشو الحراري الأكثر استخدامًا في مواد الواجهة الحرارية
نيتريد البورون عبارة عن بلورة مكونة من ذرات النيتروجين والبورون. التركيب الكيميائي هو 43.6 ٪ من بورون و 56.4 ٪ من النيتروجين ، مع أربعة متغيرات مختلفة: نيتريد البورون سداسي (HBN) ، نيتريد البورون البورون (RBN) ، ونيتريد البورون (WBN).
تتراوح الموصلية الحرارية لنيتريد البورون بين 30-400 واط/م · K. Nitride ليس فقط الموصلية الحرارية العالية ، ولكن أيضًا أداء عزل ممتاز ، وغالبًا ما يتم استخدامه في التطبيقات التي تتطلب كل من الموصلية الحرارية العالية والعزل الجيد ؛ ومع ذلك ، مقارنة بالألومينا ، لا تزال تكلفتها مرتفعة نسبيًا. حاليًا ، يتم استخدامه بشكل أساسي مع الألومينا لمواد الواجهة الحرارية ، مع كمية إضافة تبلغ حوالي 10 ٪.
نيتريد الألومنيوم (ALN) هو حشو موصل حراري سيرامي عالي الأداء مع مزايا مثل الموصلية الحرارية العالية ، العزل العالي (المقاومة> 10 ⁴Ω · سم) ، ومعامل التمدد الحراري المنخفض (4.5 × 10 ⁻⁶/K). يتم استخدامه على نطاق واسع في العبوة الإلكترونية عالية الطاقة ، وركائز LED ، ووحدات الاتصال 5G ، ومواد تبديد حرارة الطيران ، وغيرها من الحقول. إن الموصلية الحرارية للنيتريد من الألمنيوم تبلغ حوالي 170-200 واط/م · K. فيلم هيدروكسيد الألومنيوم الذي يغطي سطحه ، والذي يقطع مسار الموصلية الحرارية ويؤثر على انتقال الفونونات. سوف يزيد ملء المحتوى العالي بشكل كبير من لزوجة البوليمر ، وهو ما لا يفضي إلى صب ومعالجة.
① الموصلية الحرارية العالية: يحتوي كربيد السيليكون على معامل توصيل حراري عالي (حوالي 80-120 واط/م · ك ، اعتمادًا على النقاء والنوع البلوري). مناسبة كحشو موصل حراري لتعزيز أداء تبديد الحرارة للمواد المركبة البوليمرية أو المعدنية.
② معامل التمدد الحراري المنخفض: التوافق الجيد مع مواد أشباه الموصلات (مثل السيليكون) ، يمكن أن يقلل من الإجهاد الحراري ، وهو مناسب للتغليف الإلكتروني.
③ الاستقرار الكيميائي: مقاومة درجات الحرارة العالية ، ومقاومة التآكل ، ومقاومة الأكسدة ، والأداء المستقر في البيئات القاسية.
④ العزل: عالي نقاء كربيد السيليكون هو عازل كهربائي (مع محتوى شوائب متحكم فيه) ، مناسبة لاحتياجات تبديد العزل وتبديد الحرارة للأجهزة الإلكترونية.
الجرافين لديه الموصلية الحرارية ممتازة. إن الموصلية الحرارية للجرافين المفرد الخالي من العيوب الخالية من العيوب تصل إلى 5300 واط/م ، وعند استخدامها كحامل ، يمكن أن تصل الموصلية الحرارية أيضًا إلى 600 واط/م.
يمكن اعتبار الأنابيب النانوية الكربونية عبارة عن صفائح الجرافين المدحونة ، ويمكن تقسيمها إلى أنابيب نانوية كربونية أحادية الجدران (SWCNTs) وأنابيب النانو الكربونية متعددة الجدران (MWCNTs) بناءً على عدد طبقات الجرافين. عندما تتشكل أنابيب متعددة الجدران ، تصبح الطبقات بينها مراكز فخ بسهولة ، وتلتقط عيوبًا مختلفة. لذلك ، عادة ما تمتلئ جدران الأنابيب متعددة الجدران مع ثقب صغير مثل العيوب. بالمقارنة مع الأنابيب متعددة الجدران ، فإن الأنابيب ذات الجدران المفردة لها نطاق توزيع أصغر من أحجام القطر ، وعدد أقل من العيوب ، وارتفاع التوحيد. يبلغ القطر النموذجي لأنبوب أحادي الجدران 0.6-2 نانومتر ، في حين أن الطبقة الأعمق من الأنبوب متعدد الجدران يمكن أن تصل إلى 0.4 نانومتر ويمكن أن تصل إلى عدة مئات من المقاييس النانوية ، ولكن القطر النموذجي يتراوح بين 2 و 100 نانومتر.
الموصلية الحرارية المحورية للأنابيب النانوية الكربونية عالية جدا. يمكننا استخدام هذه الخاصية لترتيبها بطريقة موزعة منظمة وموزعة رأسياً في مادة الواجهة الحرارية ، والتي يمكن أن تحسن بشكل كبير الموصلية الحرارية الطولية لمواد الواجهة الحرارية.
Sat Nano هو أفضل مورد لـ Nanopowder في الصين ، يمكننا توفير نوع مختلف من المنتجات للعميل لإجراء البحوث ، إذا كان لديك أي استفسار ، فلا تتردد في الاتصال بنا على sales03@satnano.com
