ในด้านการนำความร้อนจะใช้ฟิลเลอร์เซรามิกที่ดีที่สุดสามชนิด!

ในปัจจุบัน การวิจัยส่วนใหญ่เกี่ยวกับคอมโพสิตโพลีเมอร์นำความร้อนมุ่งเน้นไปที่การวิจัยสารตัวเติมที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าความร้อนสูง เนื่องจากการปรับปรุงการนำความร้อนของวัสดุคอมโพสิตส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับบทบาทของตัวเติมที่นำความร้อน การเลือกสารตัวเติมมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการนำความร้อนของวัสดุคอมโพสิต ดังนั้นนักวิจัยจำนวนมากจึงมุ่งมั่นที่จะพัฒนาตัวตัวเติมที่มีค่าการนำความร้อนสูงชนิดใหม่

แม้ว่าอนุภาคโลหะและวัสดุคาร์บอน (เช่น กราฟีน ท่อนาโนคาร์บอนแบบผนังเดี่ยว/หลายผนัง ฯลฯ) จะมีค่าการนำความร้อนจากภายในสูงและมีประโยชน์ในการปรับปรุงค่าการนำความร้อนของโพลีเมอร์ แต่สารตัวเติมเหล่านี้มักจะเปลี่ยนค่าการนำความร้อนในขณะที่เปลี่ยน การนำความร้อน นอกจากนี้ยังเปลี่ยนคุณสมบัติของฉนวนไฟฟ้าของโพลีเมอร์ ส่งผลให้ค่าการนำไฟฟ้าสูงมากและค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูง ซึ่งไม่สามารถใช้กับวัสดุคอมโพสิตที่ทำจากโพลีเมอร์ที่มีค่าการนำความร้อนสูงและมีคุณสมบัติเป็นฉนวนที่ดีเยี่ยม ดังนั้นสนามฉนวนจึงให้ความสำคัญกับฟิลเลอร์เซรามิกที่มีค่าการนำความร้อนจากภายในสูงมากและมีคุณสมบัติเป็นฉนวนที่ดี จนถึงขณะนี้ สารตัวเติมเซรามิก ได้แก่ อลูมินา อลูมิเนียมไนไตรด์ โบรอนไนไตรด์ แมกนีเซียมออกไซด์ ซิลิคอนคาร์ไบด์ ฯลฯ ในหมู่พวกเขา อลูมินา อลูมิเนียมไนไตรด์ และโบรอนไนไตรด์เป็นสารตัวเติมเซรามิกหลักในปัจจุบัน

อลูมินา

อลูมินามักถูกเลือกให้เป็นสารตัวเติมเนื่องจากมีต้นทุนที่ต่ำกว่าและมีความต้านทานสูงกว่า แม้ว่าค่าการนำความร้อนภายในจะต่ำกว่าอนุภาคอื่นๆ แต่ก็ยังมีการศึกษาและนำไปใช้อย่างกว้างขวาง ในหมู่พวกเขา อลูมินาทรงกลมได้กลายเป็นตัวเติมเซรามิกที่ใช้กันมากที่สุด เนื่องจากมีประสิทธิภาพด้านต้นทุนที่สูงมาก ควรชี้ให้เห็นว่า โดยทั่วไป เพื่อให้มีค่าการนำความร้อนสูงขึ้น ปริมาณการเติมอลูมินาจะสูงขึ้น และผลการปรับปรุงจะมีจำกัด

อะลูมิเนียมไนไตรด์ (AlN)

เมื่อเปรียบเทียบกับฟิลเลอร์ฉนวนนำความร้อนอื่นๆ อนุภาคอลูมิเนียมไนไตรด์มีค่าการนำความร้อนสูง (ค่าการนำความร้อนตามทฤษฎีคือ 320W·m-1 K-1) ความต้านทานสูง (ความต้านทานมากกว่า 1,014Ωm) ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ และได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางเนื่องจาก ชุดคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม เช่น การสูญเสียอิเล็กทริก ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ (4.4×10-6K-1 คล้ายกับซิลิคอน) และไม่เป็นพิษ และได้กลายเป็นตัวเติมในอุดมคติสำหรับวัสดุคอมโพสิตที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

โบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยม

ปัจจุบัน โบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยมเป็นตัวเติมเซรามิกที่ได้รับความนิยมมากที่สุด สาเหตุหลักมาจากโบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยมไม่เพียงแต่มีค่าการนำความร้อนสูง (การนำความร้อนตามทฤษฎี 600 W/m·K) แต่ยังมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมอีกด้วย โบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยม (h-BN) มีโครงสร้างหกเหลี่ยมหลายชั้นคล้ายกับกราไฟท์ ความแตกต่างทางโครงสร้างจากกราฟีนคืออะตอมไนโตรเจนและอะตอมโบรอนถูกจัดเรียงสลับกัน โครงสร้างของโบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยมนี้ทำให้เกิดไนโตรเจน พันธะโควาเลนต์ SP2 ที่แข็งแกร่งระหว่างอะตอมและอะตอมของโบรอนทำให้โบรอนไนไตรด์มีค่าการนำความร้อนที่ดีเยี่ยม นอกจากการนำความร้อนสูงแล้ว โบรอนไนไตรด์ยังมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี มีคุณสมบัติทางกลที่แข็งแกร่ง ทนต่อการเกิดออกซิเดชัน และทนต่อการกัดกร่อน