Saznajte više o ugljičnim materijalima visoke toplinske provodljivosti
Raniji metalni (aluminijski, bakarni) hladnjaci teško mogu zadovoljiti potrebe odvođenja topline zbog problema velike gustine, visokog koeficijenta toplinskog širenja i nečistih materijala. Sa brzim razvojem nauke i tehnologije, vazduhoplovstvo, satelitske komunikacije, računari velike brzine i druga polja posvećuju sve više pažnje pitanjima odvođenja toplote, a postavljaju se i veći zahtevi za materijalima za upravljanje toplotom.
Zbog svoje male gustine, velike čvrstoće, visoke toplotne provodljivosti i hemijske otpornosti, očekuje se da će ugljenični materijali zameniti prethodne metalne materijale i postati nova generacija materijala visoke toplotne provodljivosti.
Provođenje toplote ugljeničnih materijala uglavnom se ostvaruje toplotnom vibracijom atoma rešetke. Vrsta karbonskih vlakana, tip matrice, gustina, specifični toplotni kapacitet, stepen grafitizacije, struktura preforme, zapreminski udio vlakana, temperatura termičke obrade/temperatura grafitizacije, itd. utiču na ugljenične materijale Glavni faktor toplotne provodljivosti.
Trenutno postoje uglavnom tri vrste ugljičnih materijala visoke toplinske provodljivosti:
1. Dijamantski materijal
Trenutno je poznato da prirodni dijamant ima najveću toplotnu provodljivost među prirodnim materijalima, a njegova toplotna provodljivost na sobnoj temperaturi je oko 2000 do 2100W/(m∙K). U isto vrijeme, dijamant je također dobar izolator i idealan materijal za rasipanje topline supstrata. Trenutno, dijamantski ugljični film pripremljen metodom hemijskog taloženja pare ima prednosti visokog kvaliteta i niske cijene.
2. Grafitni materijal
Grafit se sastoji od šest površina prizme i dva zbijeno zbijena osnovna lica. Pripada heksagonalnoj strukturi i uglavnom se dijeli u dvije kategorije: prirodni grafit i umjetni grafit. Toplotna provodljivost običnog grafita na sobnoj temperaturi je samo 70 do 150W/(m∙K), dok toplotna provodljivost prirodnog grafita na ravni kristala 002 na sobnoj temperaturi može dostići 2200W/(m∙K). Toplotna provodljivost na površini je takođe dostigla 2000W/(m∙K).
3. Grafenski materijali
Grafenski materijal se sastoji od dvodimenzionalne planarne strukture sastavljene od jednog sloja atoma ugljika koji su usko raspoređeni u pravilnom šesterokutu. To je oblik saća i jedan je sloj površinskog materijala atoma ugljika koji je oljušten od grafita. Metoda mikromehaničkog pilinga, metoda epitaksijalnog rasta, metoda hemijskog taloženja parom i metoda hemijske redukcije grafenskog oksida glavne su metode pripreme grafena. Toplotna provodljivost jednoslojnog suspendovanog grafena na sobnoj temperaturi može doseći 3000 do 5300 W/(m∙K)).
Atomi ugljika imaju poseban raspored. Obično korišćeni ugljenični materijali imaju ogromnu strukturu i anizotropiju toplotne provodljivosti, odnosno imaju visoku toplotnu provodljivost u pravcu ravni kristala grafita, dok je toplotna provodljivost između kristalnih ravni veoma mala. Preferirana orijentacija ograničava njegovu toplinsku provodljivost u smjeru debljine.
Međutim, prednosti karbonskih materijala ne mogu se zanemariti. Materijali za upravljanje toplotom koji koriste svoje kontrole i ravnoteže su posebno pogodni za odvođenje toplote iz komponenti sa velikim toplotnim tokovima u malim prostorima, i mogu zadovoljiti razvojne zahteve elektronske komponente sledeće generacije, i od velikog su značaja za razvoj moderna industrija, nacionalna odbrana i visoka tehnologija.
