A condutividade térmica dos materiais de interface térmica está relacionada aos enchimentos
Os materiais de interface térmica não são apenas amplamente utilizados para dissipação de calor de equipamentos eletrônicos, mas também têm demanda crescente em comunicações 5G, novos veículos energéticos, etc.
Como um tipo de material termicamente condutor, a condutividade térmica é naturalmente o indicador técnico mais importante dos materiais de interface térmica. Os materiais de interface térmica comumente usados são principalmente tipos preenchidos, que são preparados principalmente pelo preenchimento de uma matriz polimérica com cargas de alta condutividade térmica.
Normalmente, a condutividade térmica inerente da matriz polimérica é relativamente baixa (cerca de 0,2 W/(m·K)). Portanto, a condutividade térmica do material de interface térmica é frequentemente determinada pelo enchimento.
Diferentes tipos têm diferentes condutividades térmicas
As cargas termicamente condutivas comumente usadas podem ser divididas principalmente em: cargas metálicas termicamente condutivas, cargas termicamente condutivas de material de carbono e cargas inorgânicas termicamente condutivas.
Os metais têm boa condutividade térmica e alta condutividade térmica, por isso são um enchimento condutor térmico comumente usado. Os enchimentos termicamente condutores de metal comumente usados incluem principalmente pó de ouro, pó de prata, pó de cobre, pó de alumínio, pó de zinco, pó de níquel e ligas de baixo ponto de fusão.
Os materiais de carbono geralmente têm condutividade térmica extremamente alta, ainda melhor que as cargas metálicas. A condutividade térmica inerente da carga de carbono adicionada é um dos parâmetros mais importantes que determina a condutividade térmica de compósitos poliméricos à base de carbono. Os materiais de carbono comumente usados incluem grafite, nanotubos de carbono, grafeno, grafite expandido, fibra de carbono e negro de fumo. Entre eles, os nanotubos de carbono têm uma condutividade térmica de 3100-3500W/(m·K) e o grafeno tem uma condutividade térmica de 2000-5200W/(m·K), tornando-os candidatos promissores para aplicações de gerenciamento térmico.
As cargas cerâmicas não só têm boa condutividade térmica, mas também têm condutividade elétrica relativamente baixa. Atualmente são os enchimentos mais utilizados. As cargas cerâmicas comumente usadas incluem principalmente óxidos e nitretos. Os óxidos incluem Al2O3, ZnO, MgO, etc.; nitretos incluem: AlN, BN, etc.
Diferentes formas, diferentes condutividades térmicas
Os enchimentos condutores térmicos vêm em vários formatos, como esféricos, irregulares, fibrosos e escamosos. Em comparação com materiais de dimensão zero, materiais unidimensionais (como nanotubos de carbono, fibras de carbono, etc.) e materiais bidimensionais (como grafeno, nitreto de boro hexagonal, alumina escamosa, etc.) com proporções ultra-altas podem ser usado em A maior área de contato formada entre os enchimentos proporciona um caminho mais amplo para a transmissão de fônons, reduz a resistência térmica do contato da interface e favorece a construção de uma rede condutora térmica no sistema. No entanto, como as cargas esféricas não causam um aumento acentuado na viscosidade em níveis elevados de enchimento, elas são as mais utilizadas na indústria.
Tamanhos diferentes, condutividade térmica diferente
O tamanho do enchimento termicamente condutivo também tem um impacto significativo na condutividade térmica do compósito termicamente condutivo.
Quando a carga é de tamanho único e a quantidade de enchimento é a mesma, a condutividade térmica dos compósitos preenchidos com cargas de tamanho de partícula grande tende a ser maior do que a dos compósitos preenchidos com cargas de tamanho de partícula pequeno. Isso ocorre porque há menos contato de interface entre partículas grandes. A resistência térmica da interface é baixa. No entanto, o tamanho das partículas não pode ser muito grande, caso contrário, os enchimentos não podem formar um empacotamento compacto, o que não conduz à formação de caminhos condutores térmicos.
Diferentes graus de modificação de superfície têm diferentes condutividades térmicas
Para resolver o problema da resistência térmica interfacial, a funcionalização química superficial de cargas é considerada um método eficaz. A funcionalização química superficial de cargas pode formar pontes covalentes que melhoram a adesão interfacial e minimizam o espalhamento de fônons interfaciais interconectando interfaces partícula-resina e partícula-partícula. Para melhorar a condutividade térmica de compósitos poliméricos, tratamentos de superfície têm sido aplicados a diferentes cargas, como nanotubos de nitreto de boro, grafeno, etc.
Pureza diferente e condutividade térmica diferente
As impurezas no enchimento não afetarão apenas as propriedades elétricas do material de interface térmica, mas também terão um certo impacto no desempenho do processo.