Udviklingstrend af det termiske grænseflademateriale
Høje temperaturer kan have skadelige virkninger på elektroniske komponenters stabilitet, pålidelighed og levetid. Der er ofte små mellemrum mellem elektroniske komponenter og køleplader, hvilket resulterer i en faktisk kontaktflade på kun 10% af kølepladens basisareal, hvilket alvorligt hæmmer varmeoverførslen. Brugen af termisk grænseflademateriale til at udfylde hullerne kan reducere den termiske kontaktmodstand betydeligt og sikre, at den varme, der genereres af de opvarmende elektroniske komponenter, aflades i tide.
Med fremkomsten af æraen med tingenes internet bliver integrationen af elektroniske produkter fortsat forbedret. Derudover har introduktionen af højfrekvente signaler og opgraderingen af hardwarekomponenter ført til en fordobling af antallet af tilsluttede enheder og antenner, hvilket resulterer i en kontinuerlig stigning i strømforbruget og en hurtig stigning i varmeproduktionen. Termisk grænseflademateriale har fremragende termisk ledningsevne og stærk miljøtilpasningsevne, som giver kraftig hjælp til høj integration og miniaturisering af udstyr og forventes at blive de mest forstyrrende og transformerende termiske styringsløsninger.
Industrimæssigt stiller elektronikindustrien, repræsenteret ved de tre varme sektorer, flere og flere krav om avancerede termiske styringssystemer og termisk interfacemateriale:
Intelligent forbrugerelektronik:De elektroniske produkter fra smartphones og tablets har en stram og meget integreret struktur, og den løbende forbedring af varmefluxtætheden har stillet stadig højere krav til varmestyringssystemer.
Kommunikationsudstyr:kommunikationsudstyr bliver mere og mere komplekst, strømforbruget stiger, og varmeværdien stiger hurtigt, hvilket vil medføre en enorm trinvis efterspørgsel efter termisk interfacemateriale.
Bilelektronik:på den ene side er arbejdstemperaturen for motorens elektroniske kontrolmodul, tændingsmodul, effektmodul og forskellige sensorer ekstremt høj; på den anden side er batterikraften i nye energikøretøjer enorm, og den traditionelle luftkøling og vandkøling er ikke nok til at klare den enorme varmeafledning. Der er en presserende og personlig efterspørgsel efter termisk grænseflademateriale.
Derudover skal enheder, der bruges inden for luftfart, rumfart, militær og andre områder normalt fungere i barske miljøer såsom høj frekvens, høj spænding, høj effekt og ekstreme temperaturer og kræver høj pålidelighed, lang fejlfri arbejdstid og ekstremt høje omfattende ydeevnekrav til varmeafledningsmaterialer.
Ifølge BCC-forskningsdata er den globale markedsstørrelse for termisk grænseflademateriale steget fra 716 millioner dollars i 2014 til 937 millioner dollars i 2018 med en sammensat årlig vækstrate på 7,4%. Det forventes, at markedsstørrelsen vil nå op på 1,08 milliarder dollars i 2021. Blandt dem vil Asien-Stillehavsregionen overstige 812 millioner US-dollars, Europa ca. 113 millioner US-dollars, Nordamerika ca. 101 millioner US-dollars og andre regioner ca. 54 mio. amerikanske dollars.
Termisk ledende polymerbaserede kompositter har fordelene ved lav densitet, fremragende dielektriske egenskaber, lave råvarepriser og nem forarbejdning, men den termiske ledningsevne af polymerbaserede termisk ledende kompositter er relativt lav. Uorganiske nanomaterialer såsom aluminiumoxid, aluminiumnitrid, siliciumcarbid, bornitrid og kulstofnanorør kan effektivt forbedre den termiske ledningsevne af polymermaterialer, men uorganiske fyldstoffer vil gøre polymermaterialer sprøde og hårde. På nuværende tidspunkt er der ingen god løsning på dette problem, og det internationale og det hjemlige marked er stort set på samme spor.
Det ideelle termiske grænseflademateriale bør have følgende egenskaber: høj termisk ledningsevne, høj fleksibilitet, overfladebefugtningsevne, korrekt viskositet, høj trykfølsomhed, god termisk og kold cyklusstabilitet, genanvendelig osv. Derfor skal yderligere problemer behandles:
For det første er der behov for mere avanceret forstærkningsdesign i design af polymerbaserede kompositter for at forbedre termisk ledningsevne og samtidig sikre mekaniske egenskaber;
For det andet, hvad angår materialeforberedelse og -bearbejdning, er det nødvendigt at forbedre grænsefladebindingen mellem fyldstoffer, forstærkninger og matrix for at opnå en ideel kompositmaterialekonfiguration;
For det tredje, hvad angår grundlæggende teoretisk forskning, er det nødvendigt yderligere at forstå multi-skala fonon varmeledning, bærer ledningsmekanisme, fonon elektron koblingsmekanisme, komplekse elektron og fonon transport mekanisme ved grænsefladen osv., for at give teoretisk grundlag for design af termisk interface materiale.
