Lær om karbonmaterialer med høy varmeledningsevne
Tidligere metall (aluminium, kobber) kjøleribber er vanskelig å møte behovene for varmespredning på grunn av problemene med høy tetthet, høy termisk ekspansjonskoeffisient og urene materialer. Med den raske utviklingen av vitenskap og teknologi, legger romfart, satellittkommunikasjon, høyhastighetsdatamaskiner og andre felt mer og mer oppmerksomhet til problemer med varmespredning, og det stilles høyere krav til varmestyringsmaterialer.
På grunn av dens lave tetthet, høye styrke, høye termiske ledningsevne og kjemiske motstand, forventes karbonmaterialer å erstatte de tidligere metallmaterialene og bli en ny generasjon av materialer med høy varmeledningsevne.
Varmeledning av karbonmaterialer realiseres hovedsakelig av termisk vibrasjon av gitteratomer. Type karbonfiber, matrisetype, tetthet, spesifikk varmekapasitet, grafitiseringsgrad, preformstruktur, fibervolumfraksjon, varmebehandlingstemperatur/grafitiseringstemperatur osv. påvirker karbonmaterialer Hovedfaktoren for termisk ledningsevne.
For tiden er det hovedsakelig tre typer karbonmaterialer med høy varmeledningsevne:
1. Diamantmateriale
For tiden er det kjent at naturlig diamant har den høyeste termiske ledningsevnen blant naturlige materialer, og dens termiske ledningsevne ved romtemperatur er omtrent 2000 til 2100W/(m∙K). Samtidig er diamant også en god isolator og et ideelt varmeavledningsmateriale. For tiden har diamantkarbonfilmen fremstilt ved kjemisk dampavsetningsmetode fordelene med høy kvalitet og lav pris.
2. Grafittmateriale
Grafitt består av seks prismeflater og to tettpakkede basisflater. Den tilhører den sekskantede strukturen og er hovedsakelig delt inn i to kategorier: naturlig grafitt og kunstig grafitt. Den termiske ledningsevnen til vanlig grafitt ved romtemperatur er bare 70 til 150W/(m∙K), mens den termiske ledningsevnen til naturlig grafitt på 002-krystallplanet ved romtemperatur kan nå 2200W/(m∙K). Den termiske ledningsevnen på overflaten har også nådd 2000W/(m∙K).
3. Grafenmaterialer
Grafenmaterialet er sammensatt av en todimensjonal plan struktur sammensatt av et enkelt lag med karbonatomer tett anordnet i en vanlig sekskant. Det er en bikakeform og er et enkelt lag med karbonatomoverflatemateriale eksfoliert fra grafitt. Mikromekanisk peelingmetode, epitaksial vekstmetode, kjemisk dampavsetningsmetode og grafenoksid kjemisk reduksjonsmetode er de viktigste fremstillingsmetodene for grafen. Romtemperaturens varmeledningsevne til enkeltlags suspendert grafen kan nå 3000 til 5300W/(m∙K) ).
Karbonatomer har et spesielt arrangement. Vanlig brukte karbonmaterialer har en enorm struktur og anisotropi av termisk ledningsevne, det vil si at de har høy termisk ledningsevne i retning av grafittkrystallplanene, mens den termiske ledningsevnen mellom krystallplanene er veldig liten. Den foretrukne orienteringen begrenser dens varmeledningsevne i tykkelsesretningen.
Fordelene med karbonmaterialer kan imidlertid ikke ignoreres. De termiske styringsmaterialene som benytter seg av sine kontroller og balanser er spesielt egnet for å spre varme fra komponenter med store varmeflukser i små rom, og kan møte utviklingskravene til neste generasjons elektroniske komponenter, og er av stor betydning for utviklingen av moderne industri, nasjonalt forsvar og høyteknologi.
