Tìm hiểu về vật liệu carbon dẫn nhiệt cao
Các loại tản nhiệt bằng kim loại (nhôm, đồng) trước đây khó đáp ứng nhu cầu tản nhiệt do các vấn đề về tỷ trọng, hệ số giãn nở nhiệt cao, vật liệu không lẫn tạp chất. Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ, hàng không vũ trụ, thông tin liên lạc vệ tinh, máy tính tốc độ cao và các lĩnh vực khác ngày càng chú ý nhiều hơn đến vấn đề tản nhiệt, và các yêu cầu cao hơn về vật liệu quản lý nhiệt được đặt ra.
Do mật độ thấp, độ bền cao, độ dẫn nhiệt cao và khả năng chống hóa chất, vật liệu carbon được kỳ vọng sẽ thay thế các vật liệu kim loại trước đây và trở thành thế hệ vật liệu dẫn nhiệt cao thế hệ mới.
Sự dẫn nhiệt của vật liệu cacbon chủ yếu được thực hiện bằng dao động nhiệt của các nguyên tử mạng tinh thể. Loại sợi cacbon, loại ma trận, mật độ, nhiệt dung riêng, mức độ graphit hóa, cấu trúc phôi, tỷ lệ thể tích sợi, nhiệt độ xử lý nhiệt / nhiệt độ graphit hóa, vv ảnh hưởng đến vật liệu cacbon là yếu tố chính dẫn nhiệt.
Hiện tại, chủ yếu có ba loại vật liệu carbon dẫn nhiệt cao:
1. Chất liệu kim cương
Hiện nay, người ta biết rằng kim cương tự nhiên có hệ số dẫn nhiệt cao nhất trong số các vật liệu tự nhiên, và hệ số dẫn nhiệt ở nhiệt độ phòng của nó vào khoảng 2000 đến 2100W / (m ∙ K). Đồng thời, kim cương còn là chất cách nhiệt tốt và là vật liệu tản nhiệt nền lý tưởng. Hiện nay, màng cacbon kim cương được chế tạo bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học có ưu điểm là chất lượng cao và giá thành rẻ.
2. Chất liệu than chì
Graphit bao gồm sáu mặt lăng trụ và hai mặt đế xếp khít nhau. Nó thuộc về cấu trúc lục giác và chủ yếu được chia thành hai loại: than chì tự nhiên và than chì nhân tạo. Hệ số dẫn nhiệt của than chì thông thường ở nhiệt độ phòng chỉ từ 70 đến 150W / (m ∙ K), trong khi hệ số dẫn nhiệt của than chì tự nhiên trên mặt phẳng tinh thể 002 ở nhiệt độ phòng có thể đạt 2200W / (m ∙ K). Hệ số dẫn nhiệt trên bề mặt cũng đã đạt 2000W / (m ∙ K).
3. Vật liệu Graphene
Vật liệu graphene được cấu tạo bởi một cấu trúc phẳng hai chiều bao gồm một lớp nguyên tử cacbon được sắp xếp chặt chẽ theo hình lục giác đều đặn. Nó có hình dạng tổ ong và là một lớp vật liệu bề mặt nguyên tử cacbon đơn lẻ được tẩy tế bào chết từ than chì. Phương pháp tẩy tế bào chết vi mô, phương pháp tăng trưởng biểu mô, phương pháp lắng đọng hơi hóa học và phương pháp khử hóa học graphene oxit là những phương pháp điều chế chính của graphene. Hệ số dẫn nhiệt ở nhiệt độ phòng của graphene lơ lửng một lớp có thể đạt từ 3000 đến 5300W / (m ∙ K)).
Các nguyên tử cacbon có một cách sắp xếp đặc biệt. Các vật liệu cacbon thường được sử dụng có cấu trúc rất lớn và tính dị hướng dẫn nhiệt, tức là chúng có hệ số dẫn nhiệt cao theo hướng của các mặt phẳng tinh thể graphit, trong khi độ dẫn nhiệt giữa các mặt phẳng tinh thể rất nhỏ. Hướng ưu tiên giới hạn khả năng dẫn nhiệt của nó theo hướng chiều dày.
Tuy nhiên, không thể không kể đến những ưu điểm của vật liệu carbon. Các vật liệu quản lý nhiệt sử dụng việc kiểm tra và cân bằng của chúng đặc biệt thích hợp để tản nhiệt từ các thành phần có thông lượng nhiệt lớn trong không gian nhỏ và có thể đáp ứng các yêu cầu phát triển của các linh kiện điện tử thế hệ tiếp theo và có ý nghĩa lớn đối với sự phát triển của công nghiệp hiện đại, quốc phòng và công nghệ cao.
