وضعیت توسعه و اقدامات متقابل مواد رابط حرارتی

دمای بالا می تواند اثرات مضری بر پایداری، قابلیت اطمینان و طول عمر قطعات الکترونیکی داشته باشد. اغلب شکاف‌های کوچکی بین قطعات الکترونیکی و هیت سینک‌ها وجود دارد که منجر به ایجاد سطح تماس واقعی تنها 10 درصد از سطح پایه هیت سینک می‌شود که به طور جدی مانع انتقال حرارت می‌شود. استفاده از مواد رابط حرارتی برای پر کردن شکاف ها می تواند مقاومت حرارتی تماس را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و اطمینان حاصل کند که گرمای تولید شده توسط قطعات الکترونیکی گرمایش به موقع تخلیه می شود.

با ظهور عصر اینترنت اشیا، ادغام محصولات الکترونیکی همچنان رو به بهبود است. علاوه بر این، معرفی سیگنال های فرکانس بالا و ارتقاء قطعات سخت افزاری منجر به دو برابر شدن تعداد دستگاه ها و آنتن های متصل شده و در نتیجه افزایش مداوم مصرف برق و افزایش سریع تولید گرما شده است. مواد رابط حرارتی دارای رسانایی حرارتی عالی و سازگاری محیطی قوی هستند که کمک قدرتمندی برای یکپارچگی و کوچک‌سازی تجهیزات می‌کند و انتظار می‌رود که تبدیل به مخرب‌ترین و تحول‌آفرین‌ترین راه‌حل‌های مدیریت حرارتی شود.

از نظر صنعت، صنعت الکترونیک، که توسط سه بخش داغ ارائه می شود، تقاضاهای بیشتری را برای سیستم های مدیریت حرارتی پیشرفته و مواد رابط حرارتی مطرح می کند:
لوازم الکترونیکی مصرفی هوشمند:محصولات الکترونیکی گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها ساختاری فشرده و بسیار یکپارچه دارند و بهبود مستمر چگالی شار گرما الزامات فزاینده‌ای را برای سیستم‌های مدیریت گرما مطرح کرده است.
     تجهیزات ارتباطی:تجهیزات ارتباطی پیچیده‌تر و پیچیده‌تر می‌شوند، مصرف برق در حال افزایش است و ارزش حرارتی به سرعت در حال افزایش است، که تقاضای افزایشی زیادی را برای مواد رابط حرارتی به همراه خواهد داشت.
الکترونیک خودرو:از یک طرف، دمای کار ماژول کنترل الکترونیکی موتور، ماژول احتراق، ماژول قدرت و سنسورهای مختلف بسیار بالا است. از سوی دیگر، قدرت باتری وسایل نقلیه انرژی جدید بسیار زیاد است و خنک کننده هوا و خنک کننده سنتی آب برای مقابله با اتلاف عظیم گرما کافی نیست. تقاضای فوری و شخصی برای مواد رابط حرارتی وجود دارد.
علاوه بر این، دستگاه‌های مورد استفاده در هوانوردی، هوافضا، نظامی و سایر زمینه‌ها معمولاً نیاز به کار در محیط‌های سخت مانند فرکانس بالا، ولتاژ بالا، توان بالا و دماهای شدید دارند و به قابلیت اطمینان بالا، زمان کار طولانی بدون خطا و بسیار نیاز دارند. الزامات عملکرد جامع بالا برای مواد پراکنده گرما.

بر اساس داده‌های تحقیقاتی BCC، اندازه بازار جهانی مواد رابط حرارتی از 716 میلیون دلار در سال 2014 به 937 میلیون دلار در سال 2018 افزایش یافته است، با نرخ رشد مرکب سالانه 7.4 درصد. پیش بینی می شود که اندازه بازار در سال 2021 به 1.08 میلیارد دلار برسد. در این میان، منطقه آسیا و اقیانوسیه از 812 میلیون دلار آمریکا، اروپا تقریباً 113 میلیون دلار، آمریکای شمالی تقریباً 101 میلیون دلار آمریکا و سایر مناطق از حدود 54 میلیون دلار فراتر خواهد رفت. دلار آمریکا.

کامپوزیت های مبتنی بر پلیمر رسانای حرارتی دارای مزایای چگالی کم، خواص دی الکتریک عالی، قیمت مواد خام پایین و پردازش آسان هستند، اما رسانایی حرارتی کامپوزیت های رسانای حرارتی مبتنی بر پلیمر نسبتا پایین است. نانو مواد معدنی مانند اکسید آلومینیوم، نیترید آلومینیوم، کاربید سیلیکون، نیترید بور و نانولوله های کربنی می توانند به طور موثر رسانایی حرارتی مواد پلیمری را بهبود بخشند، اما پرکننده های معدنی مواد پلیمری را شکننده و سخت می کنند. در حال حاضر راه حل مناسبی برای این مشکل وجود ندارد و بازارهای بین المللی و داخلی اساسا در یک مسیر قرار دارند.

ماده رابط حرارتی ایده آل باید دارای ویژگی های زیر باشد: هدایت حرارتی بالا، انعطاف پذیری بالا، ترشوندگی سطح، ویسکوزیته مناسب، حساسیت فشار بالا، پایداری چرخه حرارتی و سرمایی خوب، قابل استفاده مجدد و غیره. بنابراین، مسائل بیشتری باید مورد توجه قرار گیرد:
اولاً، در طراحی کامپوزیت‌های مبتنی بر پلیمر، طراحی تقویت‌کننده پیشرفته‌تری برای بهبود هدایت حرارتی و در عین حال حصول اطمینان از خواص مکانیکی مورد نیاز است.
ثانیاً، از نظر آماده‌سازی و پردازش مواد، لازم است پیوند رابط بین پرکننده‌ها، تقویت‌کننده‌ها و ماتریس بهبود یابد تا پیکربندی مواد کامپوزیت ایده‌آل به دست آید.
سوم، از نظر تحقیقات نظری پایه، درک بیشتر رسانش حرارت فونون در مقیاس چندگانه، مکانیسم هدایت حامل، مکانیسم جفت الکترون فونون، مکانیسم پیچیده انتقال الکترون و فونون در سطح مشترک و غیره ضروری است تا مبنای نظری برای ارائه شود. طراحی مواد رابط حرارتی