La conductivité thermique des matériaux d’interface thermique est liée aux charges
Les matériaux d’interface thermique sont non seulement largement utilisés pour la dissipation thermique des équipements électroniques, mais connaissent également une demande croissante dans les communications 5G, les véhicules à énergie nouvelle, etc. En outre, ils ont également de larges perspectives d’application dans les domaines des équipements militaires et de l’aérospatiale.
En tant que type de matériau thermiquement conducteur, la conductivité thermique est naturellement l’indicateur technique le plus important des matériaux d’interface thermique. Les matériaux d’interface thermique couramment utilisés sont principalement des types chargés, qui sont principalement préparés en remplissant une matrice polymère avec des charges à haute conductivité thermique.
Habituellement, la conductivité thermique inhérente de la matrice polymère est relativement faible (environ 0,2 W/(m.K)). Par conséquent, la conductivité thermique du matériau d’interface thermique est souvent déterminée par la charge.
Différents types ont une conductivité thermique différente
Les charges thermiquement conductrices couramment utilisées peuvent être principalement divisées en : charges thermiquement conductrices métalliques, charges thermiquement conductrices en carbone et charges thermiquement conductrices inorganiques.
Les métaux ont une bonne conductivité thermique et une conductivité thermique élevée, ils constituent donc une charge conductrice thermique couramment utilisée. Les charges métalliques thermoconductrices couramment utilisées comprennent principalement la poudre d’or, la poudre d’argent, la poudre de cuivre, la poudre d’aluminium, la poudre de zinc, la poudre de nickel et les alliages à bas point de fusion.
Les matériaux carbonés ont généralement une conductivité thermique extrêmement élevée, encore meilleure que les charges métalliques. La conductivité thermique inhérente de la charge de carbone ajoutée est l’un des paramètres les plus importants qui déterminent la conductivité thermique des composites polymères à base de carbone. Les matériaux carbonés couramment utilisés comprennent le graphite, les nanotubes de carbone, le graphène, le graphite expansé, la fibre de carbone et le noir de carbone. Parmi eux, les nanotubes de carbone ont une conductivité thermique de 3 100 à 3 500 W/(m·K) et le graphène a une conductivité thermique de 2 000 à 5 200 W/(m·K), ce qui en fait des candidats prometteurs pour les applications de gestion thermique.
Les charges céramiques ont non seulement une bonne conductivité thermique, mais également une conductivité électrique relativement faible. Ce sont actuellement les charges les plus utilisées. Les charges céramiques couramment utilisées comprennent principalement des oxydes et des nitrures. Les oxydes comprennent Al2O3, ZnO, MgO, etc. ; les nitrures comprennent : AlN, BN, etc.
Différentes formes, différentes conductivités thermiques
Les charges thermoconductrices se présentent sous diverses formes telles que sphériques, irrégulières, fibreuses et feuilletées. Par rapport aux matériaux zéro dimensionnels, les matériaux unidimensionnels (tels que les nanotubes de carbone, les fibres de carbone, etc.) et les matériaux bidimensionnels (tels que le graphène, le nitrure de bore hexagonal, l’alumine feuilletée, etc.) avec des rapports d’aspect ultra-élevés peuvent être utilisé dans La plus grande zone de contact formée entre les charges offre un chemin plus large pour la transmission des phonons, réduit la résistance thermique de contact d’interface et est propice à la construction d’un réseau conducteur thermique dans le système. Toutefois, comme les charges sphériques n’entraînent pas d’augmentation brutale de la viscosité à des niveaux de remplissage élevés, elles sont les plus utilisées dans l’industrie.
Différentes tailles, différentes conductivités thermiques
La taille de la charge thermiquement conductrice a également un impact significatif sur la conductivité thermique du composite thermiquement conducteur.
Lorsque la charge est d’une seule taille et que la quantité de remplissage est la même, la conductivité thermique des composites remplis de charges de grande taille de particules a tendance à être supérieure à celle des composites remplis de charges de petite taille de particules. En effet, il y a moins de contact d’interface entre les grosses particules. La résistance thermique de l’interface est faible. Cependant, la taille des particules ne peut pas être trop grande, sinon les charges ne peuvent pas former un tassement serré, ce qui n’est pas propice à la formation de chemins conducteurs thermiques.
Différents degrés de modification de surface ont une conductivité thermique différente
Afin de résoudre le problème de la résistance thermique interfaciale, la fonctionnalisation chimique de surface des charges est considérée comme une méthode efficace. La fonctionnalisation chimique de surface des charges peut former des ponts covalents qui améliorent l’adhésion interfaciale et minimisent la diffusion des phonons interfaciales en interconnectant les interfaces particule-résine et particule-particule. Pour améliorer la conductivité thermique des composites polymères, des traitements de surface ont été appliqués à différentes charges telles que les nanotubes de nitrure de bore, le graphène, etc.
Pureté différente et conductivité thermique différente
Les impuretés présentes dans la charge affecteront non seulement les propriétés électriques du matériau d’interface thermique, mais auront également un certain impact sur les performances du processus.