1 、 Что такое теплопроводящий наполнитель?
Теплопроводящий наполнитель - это функциональный материал, добавленный к матричным материалам, таким как пластмассы, резина, клеи и т. Д., Для улучшения их теплопроводности. Они значительно улучшают эффективность теплопроводности композитных материалов, образуя пути термической проводимости или сетей, и широко используются в рассеивании теплового устройства, светодиодном освещении, хранении энергии, аэрокосмической и других полях.
Механизм теплопроводящих наполнителей в основном достигает эффективной теплопередачи, образуя теплопроводящие каналы, усиливая перенос фонона и электронную проводимость. Вот конкретные механизмы:
Формирование пути теплопроводности
Наполнитель образует непрерывные каналы теплопроводности в полимерной матрице, посредством которых передается тепловой поток, обходя высокое тепловое сопротивление матрицы. Когда содержание наполнителя низкое, их случайное распределение затрудняет формирование эффективных путей; По мере увеличения наполнителя они вступают в контакт друг с другом, чтобы сформировать цепную или сетевую структуру, значительно улучшая теплопроводность.
Усовершенствование фононной проводимости
Не металлические материалы, такие как карбид кремниевого карбида и алюминий, переносятся на тепло через вибрации решетки (фононы). Чем выше теплопроводность наполнителя (например, нитрид бора, достигающий 320 Вт/(M · K)), тем выше эффективность переноса фонона и тем значит улучшение теплопроводности композитного материала.
Электронная проводимость синергия
Частичные проводящие наполнители (такие как медь и серебро) проводят тепло через свободные электроны. Этот тип наполнителя не только усиливает фононную проводимость, но также может образовывать синергический эффект теплопроводности электронного фонона, что еще больше повышает эффективность.
Критический пороговый эффект
Когда количество добавленного наполнителя достигает критического значения (порог перколяции), внезапно образуется путь теплопроводности, а теплопроводность значительно увеличивается. Это явление более выражено в наполнителях с высокой теплопроводности, таким как углеродные нанотрубки, но его применимость к обычным наполнителям, таким как глинозем, ограничена.
2. Типы теплопроводящих наполнителей
Сферический глинозем является самым длинным и наиболее распространенным теплопроводящим наполнителем, с коэффициентом теплопроводности между 20-40 Вт/м · К. Относительно простой в применении, легко рассеиваться и нелегко агломерации. Он обладает относительно хорошей изоляцией, хорошей поток и удобен для высокого заполнения. Его изотропная структура уменьшает внутреннее напряжение матрицы (например, эпоксидную смолу), чтобы избежать растрескивания. В то же время стоимость сферического глинозем является относительно низкой, поэтому он широко используется в различных материалах для тепловых интерфейсов и в настоящее время является наиболее часто используемым тепловым наполнителем в материалах теплового интерфейса
Нитрид бора представляет собой кристалл, состоящий из атомов азота и бора. Химический состав составляет 43,6% бора и 56,4% азота, с четырьмя различными вариантами: гексагональный нитрид бора (HBN), нитрид ромбоэдрического бора (RBN), нитрид кубического бора (CBN) и нитрид Вурцита Борона (WBN).
Теплопроводность нитрида бора составляет от 30 до 400 Вт/м · К. Нитрид бора не только обладает высокой теплопроводностью, но и превосходной изоляцией и часто используется в приложениях, которые требуют как высокой теплопроводности, так и хорошей изоляции; Однако по сравнению с глинозем его стоимость все еще относительно высока. В настоящее время он в основном используется в сочетании с глинозем для тепловых интерфейсных материалов с добавлением около 10%.
Нитрид алюминия (Aln) представляет собой высокопроизводительный керамический теплопроводящий наполнитель с такими преимуществами, как высокая теплопроводности, высокая изоляция (удельное сопротивление> 10 ⁴ω · см) и низкий коэффициент термического расширения (4,5 × 10 ⁻⁶/K). Он широко используется в мощной электронной упаковке, светодиодных подложках, 5G-модулях связи, материалах аэрокосмической тепловой рассеивания и других областях. The thermal conductivity of aluminum nitride is approximately 170-200W/m · K. Although aluminum nitride has better overall performance than aluminum oxide, beryllium oxide, and silicon carbide, and is considered an ideal material for highly integrated semiconductor substrates and electronic device packaging, it is prone to absorbing water from the air and undergoing hydrolysis reactions, resulting in a layer of Алюминиевая гидроксидная пленка, покрывающая его поверхность, которая прерывает путь теплопроводности и влияет на передачу фононов. Его высокое наполнение содержания значительно увеличит вязкость полимера, что не способствует формированию и обработке.
① Высокая теплопроводность: карбид кремния имеет высокий коэффициент теплопроводности (около 80-120 Вт/м · K, в зависимости от чистоты и типа кристаллов). Подходит в качестве теплопроводящего наполнителя для повышения производительности рассеяния тепла полимерных или металлических композитных материалов.
② Низкий тепловой коэффициент расширения: хорошая совместимость с полупроводниковыми материалами (такими как кремний), может уменьшить тепловое напряжение и подходит для электронной упаковки.
③ Химическая стабильность: высокотемпературная устойчивость, коррозионная устойчивость, устойчивость к окислению и стабильная производительность в экстремальных средах.
④ Изоляция: карбид кремния высокой чистоты является электрическим изолятором (с контролируемым содержанием примесей), подходящим для потребностей электронных устройств изоляции и рассеивания тепла.
Графен обладает отличной теплопроводностью. Теплопроводность однослойного графена с чистым дефектом до 5300 Вт/мк, а при использовании в качестве носителя теплопроводность также может достигать 600 Вт/мк.
Углеродные нанотрубки можно рассматривать как свернутые графеновые листы и могут быть разделены на одностенные углеродные нанотрубки (SWCNT) и многостенные углеродные нанотрубки (MWCNT) на основе количества слоев графена. Когда образуются многостенные трубки, слои между ними легко становятся центрами ловушек, захватывая различные дефекты. Следовательно, стены многостенных трубок обычно заполнены небольшим отверстием, как дефекты. По сравнению с многословными трубами, одностенные трубы имеют меньший диапазон распределения диаметров, меньше дефектов и более высокой однородности. Типичный диаметр одностенной трубки составляет 0,6-2 нм, в то время как внутренний слой многостенной трубки может достигать 0,4 нм, а самый толстый может достигать нескольких сотен нанометров, но типичный диаметр составляет 2-100 нм.
Осевая теплопроводность углеродных нанотрубок очень высока. Мы можем использовать эту характеристику, чтобы распорядиться их упорядоченным и вертикально распределенным образом в тепловом материале раздела, что может значительно улучшить продольную теплопроводность теплового материала раздела.
SAT Nano является лучшим поставщиком Nanopowder в Китае, мы можем предоставить клиенту различный вид продукта для проведения исследований, если у вас есть какой -либо запрос, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам по адресу sales03@satnano.com
