با مواد کربنی با رسانایی حرارتی بالا آشنا شوید

هیت سینک های فلزی قبلی (آلومینیوم، مس) به دلیل مشکلات چگالی بالا، ضریب انبساط حرارتی بالا و مواد ناخالص به سختی می توانند نیازهای اتلاف گرما را برآورده کنند. با پیشرفت سریع علم و فناوری، هوافضا، ارتباطات ماهواره‌ای، رایانه‌های پرسرعت و سایر زمینه‌ها بیشتر و بیشتر به مسائل اتلاف گرما توجه می‌کنند و الزامات بالاتری برای مواد مدیریت حرارتی مطرح می‌شوند.

به دلیل چگالی کم، استحکام بالا، هدایت حرارتی بالا و مقاومت شیمیایی، انتظار می‌رود که مواد کربنی جایگزین مواد فلزی قبلی شوند و به نسل جدیدی از مواد رسانایی حرارتی بالا تبدیل شوند.

هدایت حرارتی مواد کربنی عمدتاً با ارتعاش حرارتی اتم های شبکه تحقق می یابد. نوع فیبر کربن، نوع ماتریس، چگالی، ظرفیت حرارتی ویژه، درجه گرافیتی شدن، ساختار پریفرم، کسر حجمی فیبر، دمای عملیات حرارتی/دمای گرافیتیزاسیون و غیره بر مواد کربن عامل اصلی هدایت حرارتی تأثیر می‌گذارند.

در حال حاضر، به طور عمده سه نوع از مواد کربنی با هدایت حرارتی بالا وجود دارد:

1. مواد الماس

در حال حاضر مشخص است که الماس طبیعی بالاترین رسانایی حرارتی را در بین مواد طبیعی دارد و رسانایی حرارتی آن در دمای اتاق حدود 2000 تا 2100W/(m∙K) است. در عین حال، الماس همچنین یک عایق خوب و یک ماده ایده آل برای دفع گرما در بستر است. در حال حاضر فیلم کربن الماس تهیه شده به روش رسوب شیمیایی بخار از مزایای کیفیت بالا و هزینه کم برخوردار است.

2. مواد گرافیت

گرافیت از شش وجه منشوری و دو وجه پایه نزدیک به هم تشکیل شده است. به ساختار شش ضلعی تعلق دارد و عمدتاً به دو دسته گرافیت طبیعی و گرافیت مصنوعی تقسیم می شود. رسانایی گرمایی گرافیت معمولی در دمای اتاق تنها 70 تا 150 وات/(m∙K) است، در حالی که رسانایی گرمایی گرافیت طبیعی در صفحه کریستالی 002 در دمای اتاق می تواند به 2200W/(m∙K) برسد. رسانایی حرارتی روی سطح نیز به 2000W/(m∙K) رسیده است.

3. مواد گرافن

ماده گرافن از یک ساختار مسطح دو بعدی تشکیل شده است که از یک لایه واحد از اتم‌های کربن که در یک شش ضلعی منظم قرار گرفته‌اند، تشکیل شده است. این یک شکل لانه زنبوری است و یک لایه تک لایه از مواد سطحی اتم کربن است که از گرافیت لایه برداری شده است. روش لایه برداری میکرومکانیکی، روش رشد اپیتاکسیال، روش رسوب شیمیایی بخار و روش احیای شیمیایی اکسید گرافن از روش های اصلی تهیه گرافن هستند. رسانایی حرارتی در دمای اتاق گرافن معلق تک لایه می تواند به 3000 تا 5300 W/(m∙K) برسد.

اتم های کربن آرایش خاصی دارند. مواد کربنی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند ساختار عظیم و ناهمسانگردی رسانایی گرمایی دارند، یعنی رسانایی حرارتی بالایی در جهت صفحات کریستالی گرافیت دارند، در حالی که رسانایی حرارتی بین صفحات کریستالی بسیار کوچک است. جهت ترجیحی هدایت حرارتی آن را در جهت ضخامت محدود می کند.

با این حال، مزایای مواد کربنی را نمی توان نادیده گرفت. مواد مدیریت حرارتی که از چک و تعادل خود استفاده می کنند به ویژه برای دفع گرما از اجزای دارای شار حرارتی زیاد در فضاهای کوچک مناسب هستند و می توانند الزامات توسعه نسل بعدی قطعات الکترونیکی را برآورده کنند و برای توسعه اهمیت زیادی دارند. صنعت مدرن، دفاع ملی و فناوری پیشرفته.