در زمینه هدایت حرارتی از سه پرکننده سرامیکی برتر استفاده می شود!

در حال حاضر، بیشتر تحقیقات در مورد کامپوزیت های پلیمری رسانای حرارتی بر روی تحقیقات پرکننده های با رسانایی حرارتی بالا متمرکز است. این به این دلیل است که بهبود هدایت حرارتی مواد کامپوزیتی عمدتاً به نقش پرکننده‌های رسانای حرارتی متکی است. انتخاب پرکننده ها برای هدایت حرارتی مواد کامپوزیتی بسیار مهم است، بنابراین بسیاری از محققان متعهد به توسعه پرکننده های جدید با هدایت حرارتی بالا هستند.

اگرچه ذرات فلزی و مواد کربنی (مانند گرافن، نانولوله‌های کربنی تک جداره/چند جداره و غیره) دارای رسانایی حرارتی ذاتی بالایی هستند و برای بهبود رسانایی حرارتی پلیمرها مفید هستند، این پرکننده‌ها اغلب رسانایی حرارتی را تغییر می‌دهند و در عین حال رسانایی حرارتی را تغییر می‌دهند. رسانایی گرمایی. همچنین خواص عایق الکتریکی پلیمر را تغییر می دهد و در نتیجه رسانایی الکتریکی بسیار بالا و ثابت دی الکتریک بالا ایجاد می کند که نمی توان آن را برای مواد کامپوزیتی مبتنی بر پلیمر با هدایت حرارتی بالا و خواص عایق عالی اعمال کرد. بنابراین، حوزه عایق بیشتر به پرکننده های سرامیکی با رسانایی حرارتی ذاتی بسیار بالا و خواص عایق خوب توجه می کند. تا کنون پرکننده های سرامیکی شامل آلومینا، نیترید آلومینیوم، نیترید بور، اکسید منیزیم، کاربید سیلیکون و … می باشد که در این میان آلومینا، نیترید آلومینیوم و نیترید بور در حال حاضر پرکننده های اصلی سرامیک هستند.

آلومینا

آلومینا به دلیل هزینه کمتر و مقاومت بالاتر اغلب به عنوان پرکننده انتخاب می شود. اگرچه هدایت حرارتی ذاتی آن کمتر از سایر ذرات است، اما هنوز به طور گسترده مورد مطالعه و استفاده قرار گرفته است. در میان آنها، آلومینا کروی به دلیل کارایی بسیار بالای آن به پرکننده‌ترین پرکننده سرامیکی تبدیل شده است. لازم به ذکر است که به طور کلی برای دستیابی به رسانایی حرارتی بالاتر، مقدار اضافه آلومینا بیشتر است و اثر بهبود محدود است.

نیترید آلومینیوم (AlN)

در مقایسه با سایر پرکننده های عایق رسانای حرارتی، ذرات نیترید آلومینیوم دارای رسانایی حرارتی بالا (رسانایی حرارتی نظری 320W·m-1 K-1)، مقاومت بالا (مقاومت بیشتر از 1014Ωm)، ثابت دی الکتریک پایین و به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. مجموعه ای از خواص عالی مانند تلفات دی الکتریک، ضریب انبساط حرارتی کم (4.4×10-6K-1، مشابه سیلیکون) و غیر سمی بودن، و تبدیل به یک پرکننده ایده آل برای مواد کامپوزیتی رسانای حرارتی شده است.

نیترید بور شش ضلعی

نیترید بور شش ضلعی در حال حاضر محبوب ترین پرکننده سرامیکی است، عمدتاً به این دلیل که نیترید بور شش ضلعی نه تنها رسانایی حرارتی بالایی دارد (رسانایی حرارتی نظری 600 W/m·K)، بلکه دارای خواص عایق الکتریکی عالی است. نیترید بور شش ضلعی (h-BN) دارای ساختار شش ضلعی چند لایه شبیه گرافیت است. تفاوت ساختاری آن با گرافن عمدتاً در این است که اتم های نیتروژن و اتم های بور به طور متناوب مرتب شده اند. این ساختار نیترید بور شش ضلعی باعث ایجاد نیتروژن می شود. پیوند کووالانسی قوی SP2 بین اتم ها و اتم های بور باعث هدایت حرارتی عالی به نیترید بور می شود. نیترید بور علاوه بر هدایت حرارتی بالا، پایداری حرارتی خوب، خواص مکانیکی قوی، مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر خوردگی نیز دارد.