Lær om kulstofmaterialer med høj varmeledningsevne
Tidligere metal (aluminium, kobber) køleplader er vanskelige at opfylde behovene for varmeafledning på grund af problemerne med høj tæthed, høj termisk udvidelseskoefficient og urene materialer. Med den hurtige udvikling af videnskab og teknologi er rumfart, satellitkommunikation, højhastighedscomputere og andre områder mere og mere opmærksomme på problemer med varmeafledning, og der stilles højere krav til varmestyringsmaterialer.
På grund af dens lave tæthed, høje styrke, høje termiske ledningsevne og kemiske modstand forventes kulstofmaterialer at erstatte de tidligere metalmaterialer og blive en ny generation af materialer med høj varmeledningsevne.
Varmeledningen af kulstofmaterialer realiseres hovedsageligt af den termiske vibration af gitteratomer. Kulfibertypen, matrixtype, tæthed, specifik varmekapacitet, grafitiseringsgrad, præformstruktur, fibervolumenfraktion, varmebehandlingstemperatur/grafitiseringstemperatur osv. påvirker kulstofmaterialer Hovedfaktoren for termisk ledningsevne.
På nuværende tidspunkt er der hovedsageligt tre typer kulstofmaterialer med høj varmeledningsevne:
1. Diamantmateriale
På nuværende tidspunkt er det kendt, at naturlig diamant har den højeste varmeledningsevne blandt naturlige materialer, og dens varmeledningsevne ved stuetemperatur er omkring 2000 til 2100W/(m∙K). Samtidig er diamant også en god isolator og et ideelt substrat varmeafledningsmateriale. På nuværende tidspunkt har diamantcarbonfilmen fremstillet ved kemisk dampaflejringsmetode fordelene ved høj kvalitet og lave omkostninger.
2. Grafitmateriale
Grafit er sammensat af seks prismeflader og to tætpakkede basisflader. Det tilhører den sekskantede struktur og er hovedsageligt opdelt i to kategorier: naturlig grafit og kunstig grafit. Varmeledningsevnen for almindelig grafit ved stuetemperatur er kun 70 til 150W/(m∙K), mens den termiske ledningsevne af naturlig grafit på 002-krystalplanet ved stuetemperatur kan nå 2200W/(m∙K). Den termiske ledningsevne på overfladen har også nået 2000W/(m∙K).
3. Grafenmaterialer
Grafenmaterialet er sammensat af en todimensionel plan struktur sammensat af et enkelt lag af kulstofatomer tæt arrangeret i en regulær sekskant. Det er en honeycomb-form og er et enkelt lag af carbonatom overflademateriale eksfolieret fra grafit. Mikromekanisk eksfolieringsmetode, epitaksial vækstmetode, kemisk dampaflejringsmetode og grafenoxidkemisk reduktionsmetode er de vigtigste fremstillingsmetoder for grafen. Den termiske ledningsevne ved stuetemperatur af enkeltlags suspenderet grafen kan nå 3000 til 5300W/(m∙K) ).
Kulstofatomer har et særligt arrangement. Almindeligt anvendte kulstofmaterialer har en enorm struktur og anisotropi af termisk ledningsevne, det vil sige, at de har høj varmeledningsevne i retning af grafitkrystalplanerne, mens den termiske ledningsevne mellem krystalplanerne er meget lille. Den foretrukne orientering begrænser dens varmeledningsevne i tykkelsesretningen.
Fordelene ved kulstofmaterialer kan dog ikke ignoreres. De termiske styringsmaterialer, der gør brug af deres checks and balances, er særligt velegnede til at sprede varme fra komponenter med store varmestrømme i små rum, og kan opfylde udviklingskravene til næste generations elektroniske komponenter, og har stor betydning for udviklingen af moderne industri, nationalt forsvar og højteknologi.
