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高導熱碳材料

放大字體  縮小字體 發布日期:2021-11-25  瀏覽次數:11
核心提示:以前的金屬(鋁、銅)散熱件由于存在密度大、熱膨脹系數較高、材料不純等問題,很難滿足散熱的需要。隨著科學技術的快速發展,航
 以前的金屬(鋁、銅)散熱件由于存在密度大、熱膨脹系數較高、材料不純等問題,很難滿足散熱的需要。隨著科學技術的快速發展,航空航天、衛星通訊、高速計算機等領域對于散熱問題越來越重視,對熱管理材料提出了更高的要求。

碳材料因具有低密度、高強度、高導熱系數、耐化學腐蝕等特點,有望取代以前的金屬材料成為新一代的高導熱材料。

 

碳材料的熱傳導主要是通過晶格原子的熱振動來實現的,碳纖維種類、基體種類、密度、比熱容、石墨化度、預制體結構、纖維體積分數、熱處理溫度/石墨化溫度等是影響碳材料熱導率的主要因素。

目前,高導熱碳材料的分類主要有以下三種:

1、金剛石材料

目前已知自然界材料中熱導率最高的是天然金剛石,其室溫熱導率約為2000至2100W/(m∙K)。同時,金剛石還是良好的絕緣體, 是理想的基板散熱材料。目前,常用化學氣相沉積法制備的金剛石炭膜,具有質量高、成本低等優點。

2、石墨材料

石墨由六個棱面和兩個密排基面組合而成,屬于六方晶系構造,主要分為天然石墨和人造石墨兩大類。普通的石墨室溫熱導率才只有70至150W/(m∙K),而室溫時天然石墨在002晶面上的熱導率能達到2200W/(m∙K),高定向裂解石墨在其面上的熱導率也達到了2000W/(m∙K)。

3、石墨烯材料

石墨烯材料由單層碳原子以正六邊形緊密排列構成的二維平面結構組成,呈蜂窩狀,是從石墨中剝離出來的單層碳原子面材料。微機械剝離法、外延生長法、化學氣相沉積法以及氧化石墨烯化學還原法等是石墨烯的主要制備方法,單層懸浮石墨烯的室溫熱導率可達到3000至5300W/(m∙K)。

 

碳原子有著特殊的排列方式,常用的碳材料存在巨大的結構和導熱性能各向異性,即在石墨晶面方向具有高的導熱系數,而在晶面之間導熱系數很小,材料制備過程中的擇優取向限制了其在厚度方向上的導熱能力。

不過,碳材料的優勢還是不容忽視的。利用其制衡的熱量管理材料尤其適用于對小空間大熱流密度元件進行散熱,能滿足下一代電子元器件的發展要求,對現代工業、國防和高技術發展有著重要意義。

 

 
 
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