1 、 Chất độn dẫn nhiệt là gì?
Chất độn dẫn nhiệt là một vật liệu chức năng được thêm vào các vật liệu ma trận như nhựa, cao su, chất kết dính, vv để cải thiện độ dẫn nhiệt của chúng. Chúng cải thiện đáng kể hiệu quả dẫn điện của vật liệu composite bằng cách hình thành các đường dẫn hoặc mạng dẫn nhiệt, và được sử dụng rộng rãi trong sự phân tán nhiệt thiết bị điện tử, ánh sáng LED, lưu trữ năng lượng, hàng không vũ trụ và các trường khác.
Cơ chế của chất độn dẫn nhiệt chủ yếu đạt được sự truyền nhiệt hiệu quả bằng cách hình thành các kênh dẫn nhiệt, tăng cường chuyển phonon và dẫn điện tử. Dưới đây là các cơ chế cụ thể:
Sự hình thành đường dẫn nhiệt
Các chất làm đầy tạo thành các kênh dẫn nhiệt liên tục trong ma trận polymer, qua đó lưu lượng nhiệt được truyền, bỏ qua các khu vực chịu nhiệt cao của ma trận. Khi hàm lượng chất độn thấp, phân phối ngẫu nhiên của chúng gây khó khăn cho việc hình thành các con đường hiệu quả; Khi chất làm đầy tăng, chúng tiếp xúc với nhau để tạo thành cấu trúc chuỗi hoặc mạng, cải thiện đáng kể độ dẫn nhiệt.
Tăng cường dẫn truyền Phonon
Các vật liệu phi kim loại như silicon cacbua và nhiệt nhôm truyền nhiệt thông qua các rung động mạng (phonon). Độ dẫn nhiệt của chất độn càng cao (như boron nitride đạt 320 W/(m · k)), hiệu suất chuyển phonon càng cao và càng cải thiện độ dẫn nhiệt của vật liệu composite.
Synergy dẫn điện tử
Chất độn dẫn điện một phần (như đồng và bạc) dẫn nhiệt thông qua các electron tự do. Loại chất độn này không chỉ tăng cường dẫn truyền phonon, mà còn có thể tạo thành một hiệu ứng dẫn nhiệt hiệp đồng phonon electron, cải thiện hiệu quả hơn nữa.
Hiệu ứng ngưỡng quan trọng
Khi lượng phụ được thêm vào đạt đến giá trị tới hạn (ngưỡng percolation), một đường dẫn độ dẫn nhiệt đột nhiên hình thành và độ dẫn nhiệt tăng đáng kể. Hiện tượng này rõ rệt hơn trong các chất độn dẫn nhiệt cao như ống nano carbon, nhưng khả năng ứng dụng của nó đối với các chất độn thông thường như alumina bị hạn chế.
2. Các loại chất độn dẫn nhiệt
Alumina hình cầu là chất độn dẫn nhiệt dài nhất và phổ biến nhất, với hệ số dẫn nhiệt trong khoảng từ 20-40W/m · K. Nó tương đối đơn giản để áp dụng, dễ phân tán và không dễ kết tụ. Nó có hiệu suất cách nhiệt tương đối tốt, khả năng lưu chuyển tốt và thuận tiện cho việc lấp đầy cao. Cấu trúc đẳng hướng của nó làm giảm ứng suất bên trong của ma trận (như nhựa epoxy) để tránh nứt. Đồng thời, chi phí của alumina hình cầu tương đối thấp, do đó nó được sử dụng rộng rãi trong các vật liệu giao diện nhiệt khác nhau và hiện là chất làm đầy nhiệt được sử dụng phổ biến nhất trong vật liệu giao diện nhiệt
Boron nitride là một tinh thể bao gồm các nguyên tử nitơ và boron. Thành phần hóa học là 43,6% boron và 56,4% nitơ, với bốn biến thể khác nhau: boron nitride hình lục giác (HBN), rhombohedral boron nitride (RBN), boron nitride khối (CBN).
Độ dẫn nhiệt của boron nitride là từ 30-400W/m · K. Boron nitride không chỉ có độ dẫn nhiệt cao, mà còn có hiệu suất cách nhiệt tuyệt vời và thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi cả độ dẫn nhiệt cao và cách nhiệt tốt; Tuy nhiên, so với alumina, chi phí của nó vẫn tương đối cao. Hiện tại, nó chủ yếu được sử dụng kết hợp với alumina cho vật liệu giao diện nhiệt, với số lượng bổ sung khoảng 10%.
Nhôm nitride (ALN) là chất độn dẫn điện bằng gốm hiệu suất cao với các ưu điểm như độ dẫn nhiệt cao, cách nhiệt cao (điện trở suất> 10 · cm) và hệ số giãn nở nhiệt thấp (4,5 × 10 ⁻⁶/k). Nó được sử dụng rộng rãi trong bao bì điện tử công suất cao, chất nền LED, các mô-đun giao tiếp 5G, vật liệu phân tán nhiệt không gian vũ trụ và các trường khác. Độ dẫn nhiệt của nitride nhôm là khoảng 170-200W/m · K. Mặc dù nhôm nitride có hiệu suất tổng thể tốt hơn oxit nhôm, oxit beryllium và cacbua silic Phim nhôm hydroxide bao phủ bề mặt của nó, làm gián đoạn đường dẫn nhiệt và ảnh hưởng đến việc truyền phonon. Hàm lượng cao của nó sẽ làm tăng đáng kể độ nhớt của polymer, không có lợi cho việc đúc và xử lý.
Độ dẫn nhiệt cao: Carbide silicon có hệ số dẫn nhiệt cao (khoảng 80-120W/m · K, tùy thuộc vào độ tinh khiết và loại tinh thể). Thích hợp như một chất làm đầy dẫn nhiệt để tăng cường hiệu suất tản nhiệt của vật liệu composite dựa trên polymer hoặc kim loại.
Hệ số giãn nở nhiệt thấp: Khả năng tương thích tốt với vật liệu bán dẫn (như silicon), có thể giảm căng thẳng nhiệt và phù hợp cho bao bì điện tử.
Tính ổn định hóa học: Khả năng chịu nhiệt độ cao, kháng ăn mòn, kháng oxy hóa và hiệu suất ổn định trong môi trường khắc nghiệt.
Cách điện: cacbua silicon có độ tinh khiết cao là một chất cách điện điện (với hàm lượng tạp chất được kiểm soát), phù hợp với nhu cầu cách nhiệt và tản nhiệt của các thiết bị điện tử.
Graphene có độ dẫn nhiệt tuyệt vời. Độ dẫn nhiệt của graphene một lớp không có khiếm khuyết tinh khiết cao tới 5300W/mk và khi được sử dụng làm chất mang, độ dẫn nhiệt cũng có thể đạt tới 600W/mK.
Các ống nano carbon có thể được xem là các tấm graphene cuộn và có thể được chia thành các ống nano carbon đơn (SWCNTs) và ống nano carbon đa tường (MWCNTs) dựa trên số lượng lớp graphene. Khi các ống đa tường được hình thành, các lớp giữa chúng dễ dàng trở thành trung tâm bẫy, nắm bắt các khuyết điểm khác nhau. Do đó, các bức tường của các ống đa tường thường chứa đầy lỗ nhỏ như khuyết tật. So với các ống đa tường, các ống có tường có tường có phạm vi phân phối nhỏ hơn có kích thước đường kính, ít khuyết tật hơn và độ đồng nhất cao hơn. Đường kính điển hình của một ống một bức tường là 0,6-2nm, trong khi lớp bên trong của một ống đa tường có thể đạt 0,4nm và dày nhất có thể đạt đến hàng trăm nanomet, nhưng đường kính điển hình là 2-100nm.
Độ dẫn nhiệt dọc trục của ống nano carbon là rất cao. Chúng ta có thể sử dụng đặc tính này để sắp xếp chúng theo cách phân bố theo thứ tự và theo chiều dọc trong vật liệu giao diện nhiệt, có thể cải thiện đáng kể độ dẫn nhiệt theo chiều dọc của vật liệu giao diện nhiệt.
Sat Nano là nhà cung cấp nanopowder tốt nhất ở Trung Quốc, chúng tôi có thể cung cấp loại sản phẩm khác nhau để khách hàng thực hiện nghiên cứu, nếu bạn có bất kỳ yêu cầu nào, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi tại Sales03@satnano.com
