1 、 Apa itu pengisi konduktif termal?
Pengisi konduktif termal adalah bahan fungsional yang ditambahkan ke bahan matriks seperti plastik, karet, perekat, dll. Untuk meningkatkan konduktivitas termal mereka. Mereka secara signifikan meningkatkan efisiensi konduktivitas termal bahan komposit dengan membentuk jalur konduksi termal atau jaringan, dan banyak digunakan dalam disipasi panas perangkat elektronik, pencahayaan LED, penyimpanan energi, kedirgantaraan dan bidang lainnya.
Mekanisme pengisi konduktif termal terutama mencapai perpindahan panas yang efisien dengan membentuk saluran konduktif termal, meningkatkan transfer fonon, dan konduksi elektron. Berikut adalah mekanisme spesifiknya:
Pembentukan jalur konduksi termal
Pengisi membentuk saluran konduktivitas termal kontinu dalam matriks polimer, di mana aliran panas ditransmisikan, melewati area resistansi termal yang tinggi dari matriks. Ketika konten pengisi rendah, distribusi acak mereka membuatnya sulit untuk membentuk jalur yang efektif; Ketika pengisi meningkat, mereka bersentuhan satu sama lain untuk membentuk rantai atau struktur jaringan, secara signifikan meningkatkan konduktivitas termal.
Peningkatan konduksi fonon
Bahan non logam seperti silikon karbida dan aluminium nitrida memindahkan panas melalui getaran kisi (fonon). Semakin tinggi konduktivitas termal pengisi (seperti boron nitrida mencapai 320 W/(M · K)), semakin tinggi efisiensi transfer fonon, dan semakin signifikan peningkatan konduktivitas termal dari bahan komposit.
Sinergi konduksi elektronik
Pengisi konduktif parsial (seperti tembaga dan perak) melakukan panas melalui elektron gratis. Jenis pengisi ini tidak hanya meningkatkan konduksi fonon, tetapi juga dapat membentuk efek konduktivitas termal fonon elektron fonon, lebih meningkatkan efisiensi.
Efek ambang kritis
Ketika jumlah pengisi yang ditambahkan mencapai nilai kritis (ambang perkolasi), jalur konduktivitas termal tiba -tiba terbentuk, dan konduktivitas termal meningkat secara signifikan. Fenomena ini lebih menonjol pada pengisi konduktivitas termal tinggi seperti karbon nanotube, tetapi penerapannya pada pengisi konvensional seperti alumina terbatas.
2. Jenis pengisi konduktif termal
Alumina bulat adalah pengisi konduktif termal terpanjang dan paling umum, dengan koefisien konduktivitas termal antara 20-40W/m · K. Relatif mudah diaplikasikan, mudah disebarkan, dan tidak mudah di-aglomerat. Ini memiliki kinerja isolasi yang relatif baik, kemampuan mengalir yang baik, dan nyaman untuk pengisian tinggi. Struktur isotropiknya mengurangi tegangan internal matriks (seperti resin epoksi) untuk menghindari retak. Pada saat yang sama, biaya alumina bola relatif rendah, sehingga banyak digunakan dalam berbagai bahan antarmuka termal dan saat ini merupakan pengisi termal yang paling umum digunakan dalam bahan antarmuka termal
Boron nitrida adalah kristal yang terdiri dari atom nitrogen dan boron. Komposisi kimianya adalah 43,6% boron dan 56,4% nitrogen, dengan empat varian yang berbeda: boron heksagonal nitrida (HBN), rhombohedral boron nitrida (RBN), boron kubik nitrida (CBN), dan wurtzite boron nitride (CBN).
Konduktivitas termal boron nitrida adalah antara 30-400W/m · K. Boron nitrida tidak hanya memiliki konduktivitas termal yang tinggi, tetapi juga kinerja insulasi yang sangat baik, dan sering digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan konduktivitas termal tinggi dan insulasi yang baik; Namun, dibandingkan dengan alumina, biayanya masih relatif tinggi. Saat ini, ini terutama digunakan dalam kombinasi dengan alumina untuk bahan antarmuka termal, dengan jumlah tambahan sekitar 10%.
Aluminium nitrida (ALN) adalah pengisi konduktif termal keramik berkinerja tinggi dengan keunggulan seperti konduktivitas termal tinggi, isolasi tinggi (resistivitas> 10 ¹⁴Ω · cm), dan koefisien ekspansi termal rendah (4,5 × 10 ⁻⁶/K). Ini banyak digunakan dalam kemasan elektronik daya tinggi, substrat LED, modul komunikasi 5G, bahan disipasi panas kedirgantaraan, dan bidang lainnya. Konduktivitas termal aluminium nitrida adalah sekitar 170-200w/m · K. Meskipun aluminium nitrida memiliki kinerja keseluruhan yang lebih baik daripada aluminium oksida, berilium oksida, dan silikon karbida, dan dianggap sebagai bahan yang sangat terintegrasi dari pengemasan pemasangan air yang sangat terintegrasi dan pengemasan alat elektronik, itu adalah tata parah pada pemasangan air dan elektronik, itu adalah pengemasan yang dikemukakan oleh pemiringan dan elektronik. Film aluminium hidroksida yang menutupi permukaannya, yang mengganggu jalur konduktivitas termal dan mempengaruhi transmisi fonon. Pengisian kandungannya yang tinggi akan sangat meningkatkan viskositas polimer, yang tidak kondusif untuk cetakan dan pemrosesan.
① Konduktivitas termal yang tinggi: Silikon karbida memiliki koefisien konduktivitas termal yang tinggi (sekitar 80-120W/m · k, tergantung pada kemurnian dan jenis kristal). Cocok sebagai pengisi konduktif termal untuk meningkatkan kinerja disipasi panas dari bahan komposit berbasis polimer atau logam.
② Koefisien Ekspansi Termal Rendah: Kompatibilitas yang baik dengan bahan semikonduktor (seperti silikon), dapat mengurangi tegangan termal, dan cocok untuk kemasan elektronik.
③ Stabilitas Kimia: Resistensi suhu tinggi, resistensi korosi, resistensi oksidasi, dan kinerja yang stabil di lingkungan yang ekstrem.
④ Insulasi: Silicon karbida kemurnian tinggi adalah isolator listrik (dengan kandungan pengotor terkontrol), cocok untuk isolasi dan kebutuhan disipasi panas perangkat elektronik.
Graphene memiliki konduktivitas termal yang sangat baik. Konduktivitas termal dari graphene lapisan tunggal bebas cacat murni setinggi 5300W/mK, dan ketika digunakan sebagai pembawa, konduktivitas termal juga dapat mencapai 600W/mK.
Nanotube karbon dapat dilihat sebagai lembaran graphene yang digulung, dan dapat dibagi menjadi nanotube karbon berdinding tunggal (SWCNT) dan nanotube karbon multi berdinding (MWCNT) berdasarkan jumlah lapisan graphene. Ketika tabung multi berdinding terbentuk, lapisan di antara mereka dengan mudah menjadi pusat perangkap, menangkap berbagai cacat. Oleh karena itu, dinding tabung multi -berdinding biasanya diisi dengan lubang kecil seperti cacat. Dibandingkan dengan pipa multi berdinding, pipa berdinding tunggal memiliki rentang distribusi ukuran diameter yang lebih kecil, cacat lebih sedikit, dan keseragaman yang lebih tinggi. Diameter khas tabung berdinding tunggal adalah 0,6-2 nm, sedangkan lapisan terdalam dari tabung berdinding multi dapat mencapai 0,4 nm dan yang paling tebal dapat mencapai beberapa ratus nanometer, tetapi diameter khasnya adalah 2-100 nm.
Konduktivitas termal aksial karbon nanotube sangat tinggi. Kita dapat menggunakan karakteristik ini untuk mengaturnya dengan cara yang tertib dan terdistribusi secara vertikal dalam bahan antarmuka termal, yang dapat sangat meningkatkan konduktivitas termal longitudinal dari bahan antarmuka termal.
Sat Nano adalah pemasok nanopowder terbaik di Cina, kami dapat menyediakan berbagai jenis produk untuk klien untuk melakukan penelitian, jika Anda memiliki pertanyaan, silakan hubungi kami di sales03@satnano.com
