مواد جدید مدیریت حرارتی همچنان در حال توسعه هستند

مواد رسانای حرارتی ماده ای است که توزیع گرما و راندمان هدایت گرما را در هدایت گرما بهبود می بخشد و برای اطمینان از قابلیت اطمینان و عمر مفید سیستم های تجهیزات الکترونیکی استفاده می شود. با توجه به سناریوهای کاربردی و خواص مورفولوژیکی آن، عمدتاً شامل فیلم اتلاف حرارت گرافیت، مواد اتلاف حرارت رسانای حرارتی (لوله های حرارتی، محفظه های بخار و غیره) و مواد رابط رسانای حرارتی (مانند گریس سیلیکون رسانای حرارتی، ژل رسانای حرارتی و غیره است. .).

توسعه صنعتی مواد رسانای حرارتی را می توان به دهه 1950 ردیابی کرد، زمانی که مواد رسانای حرارتی عمدتاً آلومینیوم و مس بودند. از دهه 1960 تا 1970، مواد سیلیکونی به سرعت شروع به توسعه کردند و لوله های حرارتی ظاهر شدند. از دهه 1970 تا اوایل قرن بیست و یکم، مواد گرافیت به سرعت توسعه یافتند و به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفتند. از آن زمان، با توسعه صنایع جدید مانند 5G و باتری های برق، تقاضا برای هدایت حرارتی افزایش یافته است و مواد مدیریت حرارتی جدید به توسعه ادامه داده اند.

فیلم گرافیت ضخیم

فیلم گرافیت طبیعی اولین ماده توزیع حرارت مبتنی بر گرافیت و اولین ماده توزیع حرارت مورد استفاده است. گرافیت ورقه‌ای با کربن بالا می‌تواند فیلم گرافیت طبیعی را از طریق عملیات شیمیایی و نورد انبساط در دمای بالا بدست آورد. فرآیند تولید ساده است و کشور من دارای ذخایر گرافیت طبیعی فراوان و مزیت های هزینه ای برجسته است. مشکل فیلم گرافیت طبیعی در دو نکته زیر نهفته است: اول، به عنوان یک محصول طبیعی، ورق های آن مستعد نقص ساختاری هستند که بر عملکرد توزیع حرارت محلی تأثیر می گذارد. دوم، اگرچه رسانایی گرمایی جانبی گرافیت طبیعی از بیشتر مواد فراتر رفته است، اما رسانایی حرارتی طولی آن به اندازه کافی برجسته نیست و عمدتاً در زمینه‌های محصولات ارزان قیمت استفاده می‌شود.

گرافن

گرافن یک ماده جدید توزیع کننده گرما است که به عنوان “جنگجوی شش ضلعی” شناخته می شود، با هدایت حرارتی جانبی و انعطاف پذیری قوی. گرافن به یک لایه اتم کربن اشاره دارد. رسانایی حرارتی نظری آن به 5300W/m·K می رسد که آن را به یکی از موادی با بالاترین رسانایی حرارتی تاکنون تبدیل کرده است. با افزایش مداوم عملکرد محصولات الکترونیکی، افزایش تقاضا برای یکسان سازی گرما، استفاده از غشاهای گرافن را هدایت کرده است. علاوه بر رسانایی حرارتی بالا، انعطاف پذیری لایه های گرافن نیز یک ویژگی مهم است.

لوله حرارتی فوق العاده نازک

لوله حرارتی دارای ویژگی های یکسان سازی سریع دما است و از یک لوله فلزی توخالی بیرونی و یک مایع داخلی قابل تغییر فاز تشکیل شده است. اصل کار آن برابر کردن سریع دمای سطح لوله از طریق گردش مداوم تغییرات دو فازی مایع و بخار در حفره لوله فلزی توخالی است. لوله های حرارتی معمولاً در مبدل های حرارتی مختلف، کولرها و غیره استفاده می شوند و عمدتاً وظیفه انتقال سریع حرارت را بر عهده دارند. آنها در حال حاضر رایج ترین و کارآمدترین عنصر رسانای گرما در دستگاه های اتلاف حرارت محصولات الکترونیکی هستند.

محفظه بخار بسیار نازک

محفظه های بخار دستگاه های حرارتی پیشرفته هستند و عمدتاً در تجهیزات حساس به ضخامت یا وزن استفاده می شوند. محفظه بخار معمولاً از مس خارجی و میعانات قابل تغییر فاز داخلی تشکیل شده است. ساختار و اصل خیساندن حرارتی آن مشابه لوله های حرارتی است. تفاوت این است که محفظه بخار یک صفحه دو بعدی به خود می گیرد. از طریق چهار مرحله هدایت، تبخیر، همرفت و انجماد، گرمای آزاد شده توسط منبع حرارت نقطه‌ای به طور مساوی در کل صفحه توزیع می‌شود. اثر یکسان سازی حرارت از مواد مبتنی بر گرافیت بیشتر است.

مواد رابط حرارتی پر شده هیبریدی

مواد رابط حرارتی به طور کلی از دو بخش تشکیل شده اند: مواد ماتریس و پرکننده. مواد پایه عمدتاً برای اطمینان از اینکه ماده رابط حرارتی می تواند تمام مکان هایی را که شکاف های هوا وجود دارد را پوشش دهد استفاده می شود و عمدتاً از پلیمرهای سیال ساخته شده است. پرکننده ها از مواد مختلفی با رسانایی حرارتی بالا مانند فلزات و اکسیدهای فلزی، نیتریدها، کاربیدها و غیره برای بهبود راندمان انتقال حرارت ساخته می شوند.

مواد کامپوزیت تغییر فاز رسانای حرارتی

مواد تغییر فاز رسانای حرارتی عمدتاً در دستگاه‌هایی با کارایی بالا استفاده می‌شوند که به مقاومت حرارتی کوچک و راندمان هدایت حرارتی بالا، با قابلیت اطمینان بالا و ایمنی قوی نیاز دارند. اصل کار آن استفاده از فرآیند تغییر فاز برای هدایت گرما است. هنگامی که دما به نقطه تغییر فاز می‌رسد، ماده فاز رسانای حرارتی دچار تغییر فاز شده و از حالت جامد به حالت سیال تغییر می‌کند و تحت فشار به شکاف نامنظم بین عنصر گرمایش و رادیاتور جریان می‌یابد.