Erfahren Sie mehr über Kohlenstoffmaterialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit
Bisherige Kühlkörper aus Metall (Aluminium, Kupfer) sind aufgrund der Probleme der hohen Dichte, des hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und der unreinen Materialien schwierig, die Anforderungen an die Wärmeableitung zu erfüllen. Mit der rasanten Entwicklung von Wissenschaft und Technologie schenken Luft- und Raumfahrt, Satellitenkommunikation, Hochgeschwindigkeitscomputer und andere Bereiche den Problemen der Wärmeableitung mehr und mehr Aufmerksamkeit, und es werden höhere Anforderungen an Wärmemanagementmaterialien gestellt.
Aufgrund ihrer geringen Dichte, hohen Festigkeit, hohen Wärmeleitfähigkeit und chemischen Beständigkeit wird erwartet, dass Kohlenstoffmaterialien die bisherigen Metallmaterialien ersetzen und eine neue Generation von Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit werden.
Die Wärmeleitung von Kohlenstoffmaterialien wird hauptsächlich durch die thermische Schwingung von Gitteratomen realisiert. Kohlefasertyp, Matrixtyp, Dichte, spezifische Wärmekapazität, Graphitisierungsgrad, Vorformstruktur, Faservolumenanteil, Wärmebehandlungstemperatur/Graphitisierungstemperatur usw. beeinflussen Kohlenstoffmaterialien Der Hauptfaktor der Wärmeleitfähigkeit.
Derzeit gibt es hauptsächlich drei Arten von Kohlenstoffmaterialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit:
1. Diamantmaterial
Gegenwärtig ist bekannt, dass Naturdiamant die höchste Wärmeleitfähigkeit unter natürlichen Materialien aufweist und seine Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur etwa 2000 bis 2100 W/(m∙K) beträgt. Gleichzeitig ist Diamant auch ein guter Isolator und ein ideales Substrat zur Wärmeableitung. Gegenwärtig hat der durch das chemische Gasphasenabscheidungsverfahren hergestellte Diamantkohlenstofffilm die Vorteile einer hohen Qualität und niedriger Kosten.
2. Graphitmaterial
Graphit besteht aus sechs Prismenflächen und zwei dicht gepackten Grundflächen. Es gehört zur hexagonalen Struktur und wird hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt: Naturgraphit und Kunstgraphit. Die Wärmeleitfähigkeit von gewöhnlichem Graphit bei Raumtemperatur beträgt nur 70 bis 150 W/(m∙K), während die Wärmeleitfähigkeit von natürlichem Graphit auf der 002-Kristallebene bei Raumtemperatur 2200 W/(m∙K) erreichen kann. Die Wärmeleitfähigkeit an der Oberfläche hat ebenfalls 2000 W/(m∙K) erreicht.
3. Graphenmaterialien
Das Graphenmaterial besteht aus einer zweidimensionalen planaren Struktur, die aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen besteht, die eng in einem regelmäßigen Sechseck angeordnet sind. Es hat eine Wabenform und ist eine einzelne Schicht aus Kohlenstoff-Atom-Oberflächenmaterial, das aus Graphit abgeblättert ist. Das mikromechanische Exfoliationsverfahren, das epitaktische Wachstumsverfahren, das chemische Gasphasenabscheidungsverfahren und das chemische Reduktionsverfahren von Graphenoxid sind die wichtigsten Verfahren zur Herstellung von Graphen. Die Wärmeleitfähigkeit von einschichtig suspendiertem Graphen bei Raumtemperatur kann 3000 bis 5300 W/(m∙K) erreichen.
Kohlenstoffatome haben eine besondere Anordnung. Üblicherweise verwendete Kohlenstoffmaterialien haben eine enorme Struktur und Anisotropie der Wärmeleitfähigkeit, dh sie haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit in Richtung der Graphit-Kristallebenen, während die Wärmeleitfähigkeit zwischen den Kristallebenen sehr gering ist. Die Vorzugsorientierung begrenzt seine Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung.
Die Vorteile von Kohlenstoffmaterialien sind jedoch nicht zu vernachlässigen. Die Thermomanagement-Materialien, die ihre Kontrollen und Bilanzen nutzen, eignen sich besonders zur Ableitung von Wärme von Bauteilen mit großen Wärmeströmen auf kleinem Raum und können die Entwicklungsanforderungen von elektronischen Komponenten der nächsten Generation erfüllen und sind von großer Bedeutung für die Entwicklung von moderne Industrie, Landesverteidigung und Hochtechnologie.
