Termal arayüz malzemelerinin termal iletkenliği dolgularla ilgilidir
Termal arayüz malzemeleri yalnızca elektronik ekipmanların ısı dağıtımı için yaygın olarak kullanılmakla kalmıyor, aynı zamanda 5G iletişimleri, yeni enerji araçları vb. alanlarda da artan talebe sahip. Ayrıca askeri teçhizat ve havacılık alanlarında da geniş uygulama beklentileri var.
Termal olarak iletken bir malzeme türü olarak termal iletkenlik, doğal olarak termal arayüz malzemelerinin en önemli teknik göstergesidir. Yaygın olarak kullanılan termal arayüz malzemeleri esas olarak bir polimer matrisin yüksek termal iletkenliğe sahip dolgu maddeleri ile doldurulmasıyla hazırlanan dolgulu tiplerdir.
Genellikle polimer matrisin doğal termal iletkenliği nispeten düşüktür (yaklaşık 0,2W/(m·K)). Bu nedenle, termal arayüz malzemesinin termal iletkenliği genellikle dolgu maddesi tarafından belirlenir.
Farklı tipler farklı termal iletkenliğe sahiptir
Yaygın olarak kullanılan termal olarak iletken dolgu maddeleri esas olarak şu şekilde ayrılabilir: metal termal olarak iletken dolgu maddeleri, karbon malzemeli termal olarak iletken dolgu maddeleri ve inorganik termal olarak iletken dolgu maddeleri.
Metaller iyi ısı iletkenliğine ve yüksek ısı iletkenliğine sahiptirler, bu nedenle yaygın olarak kullanılan bir ısı iletken dolgu maddesidirler. Yaygın olarak kullanılan metal termal iletken dolgu maddeleri esas olarak altın tozu, gümüş tozu, bakır tozu, alüminyum tozu, çinko tozu, nikel tozu ve düşük erime noktalı alaşımları içerir.
Karbon malzemeler genellikle son derece yüksek termal iletkenliğe sahiptir, hatta metal dolgulardan bile daha iyidir. Eklenen karbon dolgunun doğal termal iletkenliği, karbon bazlı polimer kompozitlerin termal iletkenliğini belirleyen en önemli parametrelerden biridir. Yaygın olarak kullanılan karbon malzemeleri arasında grafit, karbon nanotüpler, grafen, genişletilmiş grafit, karbon fiber ve karbon siyahı bulunur. Bunlar arasında karbon nanotüpler 3100-3500W/(m·K) termal iletkenliğe sahiptir ve grafen 2000-5200W/(m·K) termal iletkenliğe sahiptir ve bu da onları termal yönetim uygulamaları için umut verici adaylar haline getirir.
Seramik dolgular sadece iyi ısı iletkenliğine sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda nispeten düşük elektrik iletkenliğine de sahiptir. Şu anda en yaygın kullanılan dolgu maddeleridir. Yaygın olarak kullanılan seramik dolgu maddeleri esas olarak oksitleri ve nitrürleri içerir. Oksitler arasında Al2O3, ZnO, MgO vb. yer alır; nitrürler şunları içerir: AlN, BN, vb.
Farklı şekiller, farklı termal iletkenlik
Termal iletken dolgu maddeleri küresel, düzensiz, lifli ve pul pul gibi çeşitli şekillerde gelir. Sıfır boyutlu malzemelerle karşılaştırıldığında, ultra yüksek en boy oranlarına sahip tek boyutlu malzemeler (karbon nanotüpler, karbon fiberler vb.) ve iki boyutlu malzemeler (grafen, altıgen bor nitrür, pul pul alümina vb.) Dolgu maddeleri arasında oluşturulan daha geniş temas alanı, fononların iletimi için daha geniş bir yol sağlar, arayüz temasının termal direncini azaltır ve sistemde termal iletken bir ağ oluşturulmasına yardımcı olur. Ancak küresel dolgular yüksek dolum seviyelerinde viskozitede keskin bir artışa neden olmadığından endüstride en yaygın kullanılanlardır.
Farklı boyutlar, farklı termal iletkenlik
Termal olarak iletken dolgu maddesinin boyutu aynı zamanda termal olarak iletken kompozitin termal iletkenliği üzerinde de önemli bir etkiye sahiptir.
Dolgu maddesi tek boyutta olduğunda ve doldurma miktarı aynı olduğunda, büyük parçacık boyutundaki dolgu maddeleri ile doldurulan kompozitlerin termal iletkenliği, küçük parçacık boyutundaki dolgu maddeleri ile doldurulan kompozitlerin ısıl iletkenliğinden daha yüksek olma eğilimindedir. Bunun nedeni büyük parçacıklar arasında daha az arayüz teması olmasıdır. Arayüz termal direnci düşüktür. Ancak parçacık boyutu çok büyük olamaz, aksi takdirde dolgu maddeleri sıkı bir paket oluşturamaz, bu da termal iletken yolların oluşmasına yardımcı olmaz.
Farklı yüzey modifikasyon dereceleri farklı termal iletkenliğe sahiptir
Arayüzey termal direnç problemini çözmek için dolgu maddelerinin yüzey kimyasal fonksiyonalizasyonunun etkili bir yöntem olduğu düşünülmektedir. Dolgu maddelerinin yüzey kimyasal işlevselleştirmesi, parçacık-reçine ve parçacık-parçacık arayüzlerini birbirine bağlayarak arayüzey yapışmasını artıran ve arayüzey fonon saçılımını en aza indiren kovalent köprüler oluşturabilir. Polimer kompozitlerin ısıl iletkenliğini arttırmak için bor nitrür nanotüpleri, grafen vb. gibi farklı dolgu maddelerine yüzey işlemleri uygulanmıştır.
Farklı saflık ve farklı termal iletkenlik
Dolgu maddesindeki yabancı maddeler yalnızca termal arayüz malzemesinin elektriksel özelliklerini etkilemekle kalmayacak, aynı zamanda proses performansı üzerinde de belirli bir etkiye sahip olacaktır.