Теплопроводность термоинтерфейсных материалов связана с наполнителями.
Материалы термоинтерфейса не только широко используются для отвода тепла в электронном оборудовании, но также имеют растущий спрос в коммуникациях 5G, новых энергетических транспортных средствах и т. д. Кроме того, они также имеют широкие перспективы применения в области военной техники и аэрокосмической отрасли.
Теплопроводность, как тип теплопроводного материала, естественно, является наиболее важным техническим показателем теплопроводящих материалов. Обычно используемые материалы термоинтерфейса представляют собой в основном наполненные типы, которые в основном изготавливаются путем наполнения полимерной матрицы наполнителями с высокой теплопроводностью.
Обычно собственная теплопроводность полимерной матрицы относительно низкая (около 0,2 Вт/(м·К)). Поэтому теплопроводность материала термоинтерфейса часто определяется наполнителем.
Разные типы имеют разную теплопроводность.
Обычно используемые теплопроводящие наполнители можно в основном разделить на: металлические теплопроводящие наполнители, теплопроводные наполнители из углеродных материалов и неорганические теплопроводящие наполнители.
Металлы обладают хорошей теплопроводностью и высокой теплопроводностью, поэтому они являются широко используемым теплопроводным наполнителем. Обычно используемые металлические теплопроводящие наполнители в основном включают золотой порошок, серебряный порошок, медный порошок, алюминиевый порошок, цинковый порошок, никелевый порошок и сплавы с низкой температурой плавления.
Углеродные материалы обычно обладают чрезвычайно высокой теплопроводностью, даже лучше, чем металлические наполнители. Собственная теплопроводность добавляемого углеродного наполнителя является одним из важнейших параметров, определяющих теплопроводность полимерных композитов на основе углерода. Обычно используемые углеродные материалы включают графит, углеродные нанотрубки, графен, расширенный графит, углеродное волокно и технический углерод. Среди них углеродные нанотрубки имеют теплопроводность 3100–3500 Вт/(м·К), а графен — 2000–5200 Вт/(м·К), что делает их перспективными кандидатами для применения в области терморегулирования.
Керамические наполнители не только обладают хорошей теплопроводностью, но и обладают относительно низкой электропроводностью. В настоящее время они являются наиболее широко используемыми наполнителями. Обычно используемые керамические наполнители в основном включают оксиды и нитриды. К оксидам относятся Al2O3, ZnO, MgO и др.; к нитридам относятся: AlN, BN и др.
Разные формы, разная теплопроводность.
Теплопроводящие наполнители бывают различной формы, например сферической, неправильной, волокнистой и хлопьевидной. По сравнению с нульмерными материалами, одномерные материалы (такие как углеродные нанотрубки, углеродные волокна и т. д.) и двумерные материалы (такие как графен, гексагональный нитрид бора, чешуйчатый оксид алюминия и т. д.) со сверхвысоким соотношением сторон могут Может использоваться в. Большая площадь контакта, образующаяся между наполнителями, обеспечивает более широкий путь передачи фононов, снижает тепловое сопротивление межфазного контакта и способствует построению теплопроводной сети в системе. Однако поскольку сферические наполнители не вызывают резкого повышения вязкости при высоких уровнях наполнения, они получили наибольшее распространение в промышленности.
Разные размеры, разная теплопроводность
Размер теплопроводящего наполнителя также оказывает существенное влияние на теплопроводность теплопроводящего композита.
Когда наполнитель имеет один размер и количество наполнителя одинаковое, теплопроводность композитов, наполненных наполнителями с крупными частицами, имеет тенденцию быть выше, чем у композитов, наполненных наполнителями с мелкими частицами. Это связано с тем, что между крупными частицами меньше межфазного контакта. Термическое сопротивление интерфейса низкое. Однако размер частиц не может быть слишком большим, иначе наполнители не смогут образовывать плотную упаковку, что не способствует образованию теплопроводящих путей.
Разные степени модификации поверхности имеют разную теплопроводность.
Эффективным методом решения проблемы межфазного термического сопротивления считается химическая функционализация поверхности наполнителей. Поверхностная химическая функционализация наполнителей может образовывать ковалентные мостики, которые улучшают межфазную адгезию и минимизируют межфазное рассеяние фононов за счет соединения границ раздела частица-смола и частица-частица. Для улучшения теплопроводности полимерных композитов при поверхностной обработке применяются различные наполнители, такие как нанотрубки нитрида бора, графен и т. д.
Разная чистота и разная теплопроводность
Примеси в наполнителе не только влияют на электрические свойства материала термоинтерфейса, но и оказывают определенное влияние на производительность процесса.