La conductividad térmica de los materiales de interfaz térmica está relacionada con los rellenos.
Los materiales de interfaz térmica no solo se utilizan ampliamente para la disipación de calor de equipos electrónicos, sino que también tienen una demanda cada vez mayor en comunicaciones 5G, vehículos de nueva energía, etc. Además, también tienen amplias perspectivas de aplicación en los campos de equipos militares y aeroespaciales.
Como tipo de material térmicamente conductor, la conductividad térmica es naturalmente el indicador técnico más importante de los materiales de interfaz térmica. Los materiales de interfaz térmica comúnmente utilizados son principalmente tipos rellenos, que se preparan principalmente llenando una matriz polimérica con cargas de alta conductividad térmica.
Normalmente, la conductividad térmica inherente de la matriz polimérica es relativamente baja (aproximadamente 0,2 W/(m·K)). Por lo tanto, la conductividad térmica del material de interfaz térmica suele estar determinada por el relleno.
Los diferentes tipos tienen diferente conductividad térmica.
Las cargas térmicamente conductoras de uso común se pueden dividir principalmente en: cargas metálicas térmicamente conductoras, cargas térmicamente conductoras de material de carbono y cargas inorgánicas térmicamente conductoras.
Los metales tienen buena conductividad térmica y alta conductividad térmica, por lo que son un relleno conductor térmico de uso común. Las cargas metálicas térmicamente conductoras de uso común incluyen principalmente polvo de oro, polvo de plata, polvo de cobre, polvo de aluminio, polvo de zinc, polvo de níquel y aleaciones de bajo punto de fusión.
Los materiales de carbono generalmente tienen una conductividad térmica extremadamente alta, incluso mejor que las cargas metálicas. La conductividad térmica inherente del relleno de carbono agregado es uno de los parámetros más importantes que determina la conductividad térmica de los compuestos poliméricos a base de carbono. Los materiales de carbono comúnmente utilizados incluyen grafito, nanotubos de carbono, grafeno, grafito expandido, fibra de carbono y negro de humo. Entre ellos, los nanotubos de carbono tienen una conductividad térmica de 3100-3500W/(m·K) y el grafeno tiene una conductividad térmica de 2000-5200W/(m·K), lo que los convierte en candidatos prometedores para aplicaciones de gestión térmica.
Las cargas cerámicas no sólo tienen una buena conductividad térmica, sino que también tienen una conductividad eléctrica relativamente baja. Actualmente son los rellenos más utilizados. Las cargas cerámicas de uso común incluyen principalmente óxidos y nitruros. Los óxidos incluyen Al2O3, ZnO, MgO, etc.; Los nitruros incluyen: AlN, BN, etc.
Diferentes formas, diferente conductividad térmica.
Los rellenos conductores térmicos vienen en varias formas, como esféricas, irregulares, fibrosas y escamosas. En comparación con los materiales de dimensión cero, los materiales unidimensionales (como nanotubos de carbono, fibras de carbono, etc.) y materiales bidimensionales (como grafeno, nitruro de boro hexagonal, alúmina escamosa, etc.) con relaciones de aspecto ultra altas pueden usarse en El área de contacto más grande formada entre rellenos proporciona un camino más amplio para la transmisión de fonones, reduce la resistencia térmica del contacto de la interfaz y favorece la construcción de una red conductora térmica en el sistema. Sin embargo, dado que los rellenos esféricos no provocan un aumento brusco de la viscosidad a niveles elevados de llenado, son los más utilizados en la industria.
Diferentes tamaños, diferente conductividad térmica.
El tamaño del relleno térmicamente conductor también tiene un impacto significativo en la conductividad térmica del compuesto térmicamente conductor.
Cuando el relleno es de un solo tamaño y la cantidad de relleno es la misma, la conductividad térmica de los compuestos rellenos con rellenos de gran tamaño de partículas tiende a ser mayor que la de los compuestos rellenos con rellenos de pequeño tamaño de partículas. Esto se debe a que hay menos contacto de interfaz entre partículas grandes. La resistencia térmica de la interfaz es baja. Sin embargo, el tamaño de partícula no puede ser demasiado grande, de lo contrario, las cargas no pueden formar un empaquetamiento compacto, lo que no favorece la formación de trayectorias conductoras térmicas.
Diferentes grados de modificación de la superficie tienen diferente conductividad térmica.
Para resolver el problema de la resistencia térmica interfacial, la funcionalización química superficial de los rellenos se considera un método eficaz. La funcionalización química superficial de los rellenos puede formar puentes covalentes que mejoran la adhesión interfacial y minimizan la dispersión de fonones interfaciales al interconectar las interfaces partícula-resina y partícula-partícula. Para mejorar la conductividad térmica de los compuestos poliméricos se han aplicado tratamientos superficiales a diferentes rellenos como nanotubos de nitruro de boro, grafeno, etc.
Diferente pureza y diferente conductividad térmica.
Las impurezas en el relleno no sólo afectarán las propiedades eléctricas del material de la interfaz térmica, sino que también tendrán un cierto impacto en el rendimiento del proceso.