تعرف على مواد الكربون عالية التوصيل الحراري

من الصعب أن تلبي أحواض الحرارة المعدنية السابقة (الألومنيوم والنحاس) احتياجات تبديد الحرارة بسبب مشاكل الكثافة العالية ومعامل التمدد الحراري العالي والمواد غير النقية. مع التطور السريع للعلوم والتكنولوجيا ، فإن الفضاء ، والاتصالات الساتلية ، وأجهزة الكمبيوتر عالية السرعة وغيرها من المجالات تولي المزيد والمزيد من الاهتمام لقضايا تبديد الحرارة ، ويتم طرح متطلبات أعلى لمواد الإدارة الحرارية.

بسبب كثافتها المنخفضة وقوتها العالية وموصليةها الحرارية العالية ومقاومتها الكيميائية ، من المتوقع أن تحل المواد الكربونية محل المواد المعدنية السابقة وأن تصبح جيلًا جديدًا من المواد عالية التوصيل الحراري.

يتم تحقيق التوصيل الحراري لمواد الكربون بشكل أساسي من خلال الاهتزاز الحراري للذرات الشبكية. نوع ألياف الكربون ، نوع المصفوفة ، الكثافة ، السعة الحرارية المحددة ، درجة الجرافيت ، هيكل التشكيل ، جزء حجم الألياف ، درجة حرارة المعالجة الحرارية / درجة حرارة الجرافيت ، إلخ. تؤثر على مواد الكربون العامل الرئيسي للتوصيل الحراري.

في الوقت الحاضر ، هناك ثلاثة أنواع أساسية من مواد الكربون عالية التوصيل الحراري:

1. مادة الماس

في الوقت الحاضر ، من المعروف أن الماس الطبيعي لديه أعلى موصلية حرارية بين المواد الطبيعية ، وتبلغ الموصلية الحرارية لدرجة حرارة الغرفة حوالي 2000 إلى 2100 واط / (م ∙ كلفن). في الوقت نفسه ، يعد الماس أيضًا عازلًا جيدًا ومادة مثالية لتبديد حرارة الركيزة. في الوقت الحاضر ، يتميز فيلم الكربون الماسي المحضر بطريقة ترسيب البخار الكيميائي بمزايا الجودة العالية والتكلفة المنخفضة.

2. مادة الجرافيت

يتكون الجرافيت من ستة أوجه موشورية ووجهين أساسيين مترابطين. إنه ينتمي إلى هيكل سداسي وينقسم بشكل أساسي إلى فئتين: الجرافيت الطبيعي والجرافيت الاصطناعي. تتراوح الموصلية الحرارية للجرافيت العادي في درجة حرارة الغرفة من 70 إلى 150 واط / (م ∙ كلفن) فقط ، بينما يمكن أن تصل الموصلية الحرارية للجرافيت الطبيعي على المستوى البلوري 002 في درجة حرارة الغرفة إلى 2200 واط / (م ∙ كلفن). كما وصلت الموصلية الحرارية على السطح إلى 2000 واط / (م ∙ كلفن).

3. مواد الجرافين

تتكون مادة الجرافين من بنية مستوية ثنائية الأبعاد تتكون من طبقة واحدة من ذرات الكربون مرتبة بشكل وثيق في شكل سداسي منتظم. إنه على شكل قرص العسل وهو عبارة عن طبقة واحدة من مادة سطح ذرة الكربون المقشرة من الجرافيت. طريقة التقشير الميكانيكي ، طريقة النمو فوق المحور ، طريقة ترسيب البخار الكيميائي وطريقة الاختزال الكيميائي لأكسيد الجرافين هي طرق التحضير الرئيسية للجرافين. يمكن أن تصل الموصلية الحرارية لدرجة حرارة الغرفة للجرافين المعلق أحادي الطبقة إلى 3000 إلى 5300 واط / (م ∙ كلفن)).

ذرات الكربون لها ترتيب خاص. المواد الكربونية المستخدمة بشكل شائع لها هيكل ضخم وتباين في الموصلية الحرارية ، أي أن لديها موصلية حرارية عالية في اتجاه مستويات بلورات الجرافيت ، في حين أن الموصلية الحرارية بين المستويات البلورية صغيرة جدًا. يحد الاتجاه المفضل من التوصيل الحراري في اتجاه السماكة.

ومع ذلك ، لا يمكن تجاهل مزايا المواد الكربونية. تعتبر مواد الإدارة الحرارية التي تستفيد من الضوابط والموازين الخاصة بها مناسبة بشكل خاص لتبديد الحرارة من المكونات ذات التدفقات الحرارية الكبيرة في المساحات الصغيرة ، ويمكن أن تلبي متطلبات تطوير المكونات الإلكترونية من الجيل التالي ، ولها أهمية كبيرة في تطوير الصناعة الحديثة والدفاع الوطني والتكنولوجيا العالية.