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Nas actuais ind\u00fastrias electr\u00f3nica e optoelectr\u00f3nica, \u00e0 medida que os dispositivos electr\u00f3nicos e os seus produtos se desenvolvem no sentido de uma elevada integra\u00e7\u00e3o e de uma elevada computa\u00e7\u00e3o, a pot\u00eancia dissipada duplicou. A dissipa\u00e7\u00e3o de calor tornou-se gradualmente um factor-chave que restringe o desenvolvimento sustent\u00e1vel da ind\u00fastria electr\u00f3nica. Encontrar materiais de gest\u00e3o de calor com excelente condutividade t\u00e9rmica \u00e9 crucial para a pr\u00f3xima gera\u00e7\u00e3o de circuitos integrados e projetos de produtos eletr\u00f3nicos tridimensionais.<\/p>\n
A condutividade t\u00e9rmica dos materiais cer\u00e2micos tradicionais (como o nitreto de boro e o nitreto de alum\u00ednio) e dos materiais met\u00e1licos (como o cobre e o alum\u00ednio) \u00e9 de apenas algumas centenas de W\/(m\u00b7K), no m\u00e1ximo. Em compara\u00e7\u00e3o, a condutividade t\u00e9rmica dos materiais de carbono, como o diamante, a grafite, o grafeno, os nanotubos de carbono e a fibra de carbono, \u00e9 ainda mais surpreendente. Por exemplo, o grafite tem uma condutividade t\u00e9rmica te\u00f3rica de at\u00e9 4180 W\/m\u00b7k na dire\u00e7\u00e3o paralela \u00e0 camada cristalina, o que \u00e9 quase 10 vezes superior \u00e0 dos materiais met\u00e1licos tradicionais, como o cobre, a prata e o alum\u00ednio. Al\u00e9m disso, os materiais de carbono tamb\u00e9m apresentam excelentes propriedades, tais como baixa densidade, baixo coeficiente de expans\u00e3o t\u00e9rmica e boas propriedades mec\u00e2nicas a altas temperaturas.<\/p>\n
Grafeno<\/p>\n
O grafeno \u00e9 um material de superf\u00edcie de \u00e1tomos de carbono de camada \u00fanica, descamado da grafite. Possui uma estrutura plana bidimensional em forma de favo de mel, composta por \u00e1tomos de carbono de camada \u00fanica, firmemente dispostos em hex\u00e1gonos regulares. A estrutura \u00e9 muito est\u00e1vel. A liga\u00e7\u00e3o entre os \u00e1tomos de carbono dentro do grafeno \u00e9 muito flex\u00edvel. Quando \u00e9 aplicada uma for\u00e7a externa ao grafeno, a superf\u00edcie do \u00e1tomo de carbono curva-se e deforma-se, pelo que os \u00e1tomos de carbono n\u00e3o t\u00eam de se reorganizar para se adaptarem \u00e0 for\u00e7a externa, mantendo assim a estabilidade estrutural. Esta estrutura reticular est\u00e1vel confere ao grafeno uma excelente condutividade t\u00e9rmica.<\/p>\n
Nanotubos de carbono<\/p>\n
Desde a descoberta dos nanotubos de carbono em 1991, estes t\u00eam sido um foco de aten\u00e7\u00e3o, atraindo muitos cientistas para o estudo da condutividade t\u00e9rmica dos nanotubos de carbono. Os nanotubos de carbono s\u00e3o feitos de folhas de grafite de camada \u00fanica ou multicamadas enroladas, e dividem-se em tr\u00eas tipos: de parede simples, de parede dupla e de parede m\u00faltipla.<\/p>\n
A estrutura especial confere aos nanotubos de carbono uma condutividade t\u00e9rmica extremamente elevada. Alguns investigadores calcularam que a condutividade t\u00e9rmica dos nanotubos de carbono de parede simples \u00e0 temperatura ambiente \u00e9 de 3980 W\/(m\u00b7K), a condutividade t\u00e9rmica dos nanotubos de carbono de parede dupla \u00e9 de 3580 W\/(m\u00b7K) e a condutividade t\u00e9rmica dos nanotubos de carbono de parede m\u00faltipla \u00e9 de 2860 W\/(m\u00b7K).<\/p>\n
Diamante<\/p>\n
A estrutura cristalina do diamante \u00e9 um arranjo compacto de \u00e1tomos de carbono nos tetraedros, e todos os eletr\u00f5es participam na liga\u00e7\u00e3o. Assim sendo, a sua condutividade t\u00e9rmica \u00e0 temperatura ambiente atinge os 2000~2100 W\/(m\u00b7K), sendo um dos materiais com melhor condutividade t\u00e9rmica da natureza. Esta caracter\u00edstica torna-a insubstitu\u00edvel no campo da dissipa\u00e7\u00e3o de calor de alta qualidade.<\/p>\n
Fibra de carbono<\/p>\n
A fibra de carbono \u00e9 tratada por carboniza\u00e7\u00e3o a alta temperatura para formar uma estrutura de grafite turboestr\u00e1tica. Se a sua estrutura axial de grafite for altamente orientada, poder\u00e1 atingir uma condutividade t\u00e9rmica ultra-elevada. Por exemplo, a condutividade t\u00e9rmica da fibra de carbono mesof\u00e1sica \u00e0 base de pez \u00e9 de 1100 W\/(m\u00b7K), e a condutividade t\u00e9rmica da fibra de carbono cultivada a vapor pode atingir 1950 W\/(m\u00b7K).<\/p>\n
Grafite<\/p>\n
O grafite possui uma estrutura cristalina hexagonal, composta por seis facetas e dois planos basais compactados. A primeira camada da grelha hexagonal de \u00e1tomos de carbono \u00e9 escalonada por 1\/2 da linha diagonal hexagonal e sobreposta paralelamente \u00e0 segunda camada. A terceira camada e a primeira camada s\u00e3o repetidas na posi\u00e7\u00e3o, formando uma sequ\u00eancia ABAB… A condutividade t\u00e9rmica da grafite natural ao longo do plano cristalino (002) \u00e9 de 2200 W\/(m\u00b7K), e a condutividade t\u00e9rmica no plano da grafite pirol\u00edtica altamente orientada pode tamb\u00e9m atingir 2000 W\/(m\u00b7K).<\/p>\n
Todos os materiais de carbono mencionados possuem uma condutividade t\u00e9rmica extremamente elevada, o que os levou a atrair muita aten\u00e7\u00e3o no campo dos requisitos de elevada dissipa\u00e7\u00e3o de calor. A seguir, vamos analisar v\u00e1rios materiais cl\u00e1ssicos de condu\u00e7\u00e3o\/dissipa\u00e7\u00e3o de calor \u00e0 base de carbono.<\/p>\n
Os materiais de carbono, com a sua estrutura cristalina \u00fanica e propriedades f\u00edsicas e qu\u00edmicas, demonstraram vantagens insubstitu\u00edveis no campo da condutividade t\u00e9rmica e da dissipa\u00e7\u00e3o de calor. Com o avan\u00e7o da tecnologia de prepara\u00e7\u00e3o e a expans\u00e3o dos cen\u00e1rios de aplica\u00e7\u00e3o, espera-se que os materiais \u00e0 base de carbono, como o grafeno e o diamante, promovam solu\u00e7\u00f5es de dissipa\u00e7\u00e3o de calor em ind\u00fastrias como a eletr\u00f3nica e a aeroespacial a um n\u00edvel superior.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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