No campo da condutividade térmica, são utilizadas as três melhores cargas cerâmicas!

Atualmente, a maioria das pesquisas sobre compósitos poliméricos termicamente condutivos concentra-se na pesquisa de cargas altamente termicamente condutivas. Isto ocorre porque a melhoria da condutividade térmica dos materiais compósitos depende principalmente do papel dos enchimentos termicamente condutores. A seleção de cargas é crucial para a condutividade térmica de materiais compósitos, por isso muitos pesquisadores estão empenhados em desenvolver novas cargas de alta condutividade térmica.

Embora partículas metálicas e materiais de carbono (como grafeno, nanotubos de carbono de parede única/parede múltipla, etc.) tenham alta condutividade térmica intrínseca e sejam benéficos para melhorar a condutividade térmica de polímeros, esses enchimentos muitas vezes alteram a condutividade térmica enquanto alteram o condutividade térmica. Também altera as propriedades de isolamento elétrico do polímero, resultando em condutividade elétrica extremamente alta e alta constante dielétrica, que não pode ser aplicada a materiais compósitos à base de polímeros com alta condutividade térmica e excelentes propriedades de isolamento. Portanto, a área de isolamento está prestando mais atenção às cargas cerâmicas com condutividade térmica intrínseca extremamente alta e boas propriedades de isolamento. Até agora, as cargas cerâmicas incluem alumina, nitreto de alumínio, nitreto de boro, óxido de magnésio, carboneto de silício, etc. Entre eles, alumina, nitreto de alumínio e nitreto de boro são atualmente as principais cargas cerâmicas.

Alumina

A alumina é frequentemente escolhida como carga devido ao seu menor custo e maior resistividade. Embora sua condutividade térmica intrínseca seja inferior à de outras partículas, ainda tem sido amplamente estudada e aplicada. Entre eles, a alumina esférica tornou-se a carga cerâmica mais utilizada devido ao seu desempenho de custo extremamente alto. Deve-se ressaltar que, de modo geral, para atingir maior condutividade térmica, a quantidade de adição de alumina é maior e o efeito de melhoria é limitado.

Nitreto de alumínio (AlN)

Em comparação com outros enchimentos isolantes termicamente condutivos, as partículas de nitreto de alumínio têm alta condutividade térmica (a condutividade térmica teórica é 320W·m-1 K-1), alta resistividade (resistividade maior que 1014Ωm), baixa constante dielétrica e tem sido amplamente estudada devido a uma série de excelentes propriedades, como perda dielétrica, baixo coeficiente de expansão térmica (4,4 × 10-6K-1, semelhante ao silício) e não toxicidade, e tornou-se um enchimento ideal para materiais compósitos termicamente condutores.

Nitreto de boro hexagonal

O nitreto de boro hexagonal é atualmente o enchimento cerâmico mais popular, principalmente porque o nitreto de boro hexagonal não só possui uma alta condutividade térmica (condutividade térmica teórica 600 W/m·K), mas também possui excelentes propriedades de isolamento elétrico. O nitreto de boro hexagonal (h-BN) possui uma estrutura hexagonal multicamadas semelhante à grafite. Sua diferença estrutural em relação ao grafeno é principalmente que os átomos de nitrogênio e os átomos de boro estão dispostos alternadamente. Esta estrutura de nitreto de boro hexagonal produz nitrogênio. A forte ligação covalente SP2 entre os átomos e os átomos de boro proporciona ao nitreto de boro uma excelente condutividade térmica. Além de sua alta condutividade térmica, o nitreto de boro também possui boa estabilidade térmica, fortes propriedades mecânicas, resistência à oxidação e resistência à corrosão.