Trong lĩnh vực dẫn nhiệt, ba chất độn gốm tốt nhất được sử dụng!

Hiện nay, hầu hết các nghiên cứu về vật liệu tổng hợp polymer dẫn nhiệt đều tập trung vào nghiên cứu chất độn có tính dẫn nhiệt cao. Điều này là do việc cải thiện tính dẫn nhiệt của vật liệu composite chủ yếu dựa vào vai trò của chất độn dẫn nhiệt. Việc lựa chọn chất độn là rất quan trọng đối với tính dẫn nhiệt của vật liệu composite, vì vậy nhiều nhà nghiên cứu cam kết phát triển các chất độn mới có tính dẫn nhiệt cao.

Mặc dù các hạt kim loại và vật liệu cacbon (như graphene, ống nano cacbon đơn vách/đa vách, v.v.) có độ dẫn nhiệt nội tại cao và có lợi cho việc cải thiện tính dẫn nhiệt của polyme, nhưng các chất độn này thường thay đổi độ dẫn nhiệt đồng thời thay đổi tính chất dẫn nhiệt. Nó cũng làm thay đổi tính chất cách điện của polymer, dẫn đến độ dẫn điện cực cao và hằng số điện môi cao, không thể áp dụng cho vật liệu composite gốc polymer có tính dẫn nhiệt cao và đặc tính cách nhiệt tuyệt vời. Vì vậy, lĩnh vực cách nhiệt đang chú ý nhiều hơn đến chất độn gốm có tính dẫn nhiệt nội tại cực cao và đặc tính cách nhiệt tốt. Cho đến nay, chất độn gốm bao gồm alumina, nhôm nitrit, boron nitrit, magie oxit, cacbua silic, v.v. Trong số đó, alumina, nhôm nitrit và boron nitrit hiện là những chất độn gốm chính.

nhôm

Alumina thường được chọn làm chất độn do chi phí thấp hơn và điện trở suất cao hơn. Mặc dù độ dẫn nhiệt nội tại của nó thấp hơn các hạt khác nhưng nó vẫn được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi. Trong số đó, alumina hình cầu đã trở thành chất độn gốm được sử dụng phổ biến nhất do hiệu suất chi phí cực cao. Cần chỉ ra rằng, nói chung, để đạt được độ dẫn nhiệt cao hơn, lượng alumina bổ sung sẽ cao hơn và hiệu quả cải thiện bị hạn chế.

Nhôm nitrat (AlN)

So với các chất độn cách nhiệt dẫn nhiệt khác, hạt nhôm nitrit có độ dẫn nhiệt cao (độ dẫn nhiệt lý thuyết là 320W·m-1 K-1), điện trở suất cao (điện trở suất lớn hơn 1014Ωm), hằng số điện môi thấp và đã được nghiên cứu rộng rãi do một loạt các đặc tính tuyệt vời như tổn thất điện môi, hệ số giãn nở nhiệt thấp (4,4 × 10-6K-1, tương tự như silicon) và không độc hại, và đã trở thành chất độn lý tưởng cho vật liệu composite dẫn nhiệt.

Nitrua boron lục giác

Boron nitrit lục giác hiện là chất độn gốm phổ biến nhất, chủ yếu là do boron nitrit lục giác không chỉ có tính dẫn nhiệt cao (độ dẫn nhiệt lý thuyết 600 W/m·K) mà còn có đặc tính cách điện tuyệt vời. Boron nitrit lục giác (h-BN) có cấu trúc lục giác đa lớp tương tự như than chì. Sự khác biệt về cấu trúc của nó so với graphene chủ yếu là ở chỗ các nguyên tử nitơ và nguyên tử boron được sắp xếp xen kẽ nhau. Cấu trúc boron nitride hình lục giác này tạo ra nitơ. Liên kết cộng hóa trị SP2 mạnh mẽ giữa các nguyên tử và nguyên tử boron mang lại cho boron nitride khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời. Ngoài tính dẫn nhiệt cao, boron nitride còn có độ ổn định nhiệt tốt, tính chất cơ học mạnh, khả năng chống oxy hóa và chống ăn mòn.