Uzziniet par oglekļa materiāliem ar augstu siltumvadītspēju
Iepriekšējās metāla (alumīnija, vara) siltuma izlietnes ir grūti apmierināt siltuma izkliedes vajadzības augsta blīvuma, augsta termiskās izplešanās koeficienta un netīro materiālu problēmu dēļ. Strauji attīstoties zinātnei un tehnoloģijām, aviācija, satelītsakari, ātrdarbīgi datori un citas jomas arvien lielāku uzmanību pievērš siltuma izkliedes problēmām, un tiek izvirzītas augstākas prasības siltuma pārvaldības materiāliem.
Tā zemā blīvuma, augstās izturības, augstas siltumvadītspējas un ķīmiskās izturības dēļ ir paredzams, ka oglekļa materiāli aizstās iepriekšējos metāla materiālus un kļūs par jaunas paaudzes materiāliem ar augstu siltumvadītspēju.
Oglekļa materiālu siltuma vadītspēju galvenokārt realizē režģa atomu termiskās vibrācijas. Oglekļa šķiedras veids, matricas veids, blīvums, īpatnējā siltumietilpība, grafitizācijas pakāpe, sagataves struktūra, šķiedras tilpuma daļa, termiskās apstrādes temperatūra/grafitizācijas temperatūra utt. ietekmē oglekļa materiālus Galvenais siltumvadītspējas faktors.
Pašlaik galvenokārt ir trīs veidu oglekļa materiāli ar augstu siltumvadītspēju:
1. Dimanta materiāls
Pašlaik ir zināms, ka dabiskajam dimantam ir visaugstākā siltumvadītspēja starp dabiskajiem materiāliem, un tā siltumvadītspēja istabas temperatūrā ir aptuveni 2000 līdz 2100 W/(m∙K). Tajā pašā laikā dimants ir arī labs izolators un ideāls substrāta siltuma izkliedes materiāls. Pašlaik dimanta oglekļa plēvei, kas sagatavota ar ķīmisko tvaiku pārklāšanas metodi, ir augstas kvalitātes un zemu izmaksu priekšrocības.
2. Grafīta materiāls
Grafīts sastāv no sešām prizmu virsmām un divām cieši iesaiņotām pamata virsmām. Tas pieder pie sešstūra struktūras un galvenokārt ir sadalīts divās kategorijās: dabiskais grafīts un mākslīgais grafīts. Parastā grafīta siltumvadītspēja istabas temperatūrā ir tikai 70 līdz 150 W/(m∙K), savukārt dabiskā grafīta siltumvadītspēja uz 002 kristāla plaknes istabas temperatūrā var sasniegt 2200W/(m∙K). Siltumvadītspēja uz virsmas arī ir sasniegusi 2000W/(m∙K).
3. Grafēna materiāli
Grafēna materiāls sastāv no divdimensiju plakanas struktūras, kas sastāv no viena oglekļa atomu slāņa, kas ir cieši izvietots regulārā sešstūrī. Tā ir šūnveida forma un ir viens oglekļa atoma virsmas materiāla slānis, kas atslāņojies no grafīta. Mikromehāniskās pīlinga metode, epitaksiālās augšanas metode, ķīmiskā tvaiku pārklāšanas metode un grafēna oksīda ķīmiskās reducēšanas metode ir galvenās grafēna sagatavošanas metodes. Viena slāņa suspendētā grafēna siltumvadītspēja istabas temperatūrā var sasniegt 3000 līdz 5300 W/(m∙K)).
Oglekļa atomiem ir īpašs izvietojums. Parasti izmantotajiem oglekļa materiāliem ir milzīga struktūra un siltumvadītspējas anizotropija, tas ir, tiem ir augsta siltumvadītspēja grafīta kristāla plakņu virzienā, savukārt siltumvadītspēja starp kristāla plaknēm ir ļoti maza. Vēlamā orientācija ierobežo tā siltumvadītspēju biezuma virzienā.
Tomēr nevar ignorēt oglekļa materiālu priekšrocības. Termiskās pārvaldības materiāli, kuros tiek izmantotas to pārbaudes un līdzsvars, ir īpaši piemēroti siltuma izkliedēšanai no komponentiem ar lielu siltuma plūsmu mazās telpās, un tie var atbilst nākamās paaudzes elektronisko komponentu izstrādes prasībām, un tiem ir liela nozīme modernā rūpniecība, valsts aizsardzība un augstās tehnoloģijas.
