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導(dǎo)熱粉體的多樣性和應(yīng)用:從陶瓷到碳材料

文章出處:常見問題 責(zé)任編輯:東莞東超新材料科技有限公司 發(fā)表時間:2024-08-14
       導(dǎo)熱粉體是現(xiàn)代電子設(shè)備熱管理中不可或缺的關(guān)鍵材料,它們能夠有效地提升材料的導(dǎo)熱性能,從而滿足日益增長的熱管理需求。本文將探討不同類型的導(dǎo)熱粉體,包括陶瓷和碳材料,以及它們在實際應(yīng)用中的廣泛用途。
一、陶瓷粉體
       ?陶瓷粉體以其優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和極低的導(dǎo)電性而著稱,廣泛應(yīng)用于需要電絕緣的環(huán)境中。這些粉體主要包括碳化物、氧化物和氮化物。
1. 碳化硅(SiC)和MXenes:碳化硅具有高硬度、高導(dǎo)熱系數(shù)、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕等特性,但絕緣性能較差。MXenes則通過冷凍干燥法制備成3D泡沫,注入環(huán)氧樹脂后,可獲得高導(dǎo)熱系數(shù)。

2. 氧化鋁(Al2O3)和氮化硼(BN):氧化鋁具有多種晶體結(jié)構(gòu),其中α-Al2O3因其穩(wěn)定性高、電絕緣性能優(yōu)異而備受關(guān)注。氮化硼則因其高導(dǎo)熱系數(shù)、高絕緣性和低比重而受到青睞。

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二、碳材料
       碳材料在熱管理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,它們包括金剛石、納米金剛石(ND)、炭黑(CB)、石墨烯、膨脹石墨(EG)和碳納米管(CNTs)。
1. 金剛石和納米金剛石:金剛石具有極高的導(dǎo)熱性,納米金剛石作為聚合物基體的填料,具有優(yōu)異的電學(xué)性能、光學(xué)性能、力學(xué)性能和高導(dǎo)熱性。
2. 炭黑、石墨烯和膨脹石墨:炭黑、石墨烯和膨脹石墨等碳材料也具有高導(dǎo)熱性和良好的界面性能,適用于輕量化應(yīng)用。
三、導(dǎo)熱粉體的應(yīng)用挑戰(zhàn)
     在聚合物基體中引入導(dǎo)熱粉體是一個復(fù)雜的過程,涉及到聚合物與填料之間的相互作用和界面行為。這種相互作用不僅影響復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能,還會影響其機械性能、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性等多個方面。
     首先,聚合物基體和導(dǎo)熱填料之間的界面熱阻是一個關(guān)鍵因素。當(dāng)導(dǎo)熱填料被加入到聚合物基體中時,它們之間會形成許多微小的界面。這些界面由于熱傳導(dǎo)系數(shù)的不匹配,會形成熱阻,導(dǎo)致熱量在界面處滯留,從而降低復(fù)合材料的整體導(dǎo)熱性能。
      其次,聚合物基體與導(dǎo)熱填料的極性差異也會影響界面相容性。大多數(shù)聚合物是極性或非極性的,而導(dǎo)熱填料如碳納米管、石墨烯等則具有較高的極性。這種極性差異會導(dǎo)致聚合物基體與導(dǎo)熱填料之間的相互作用較弱,使得填料難以在聚合物中均勻分散,容易形成團聚。團聚的填料顆粒會形成熱傳導(dǎo)的障礙,進一步降低復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。
      此外,界面上的間隙和缺陷也會影響復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。這些間隙和缺陷會導(dǎo)致填料顆粒之間無法有效接觸,形成熱傳導(dǎo)的斷點,從而降低復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。

        為了解決這些問題,研究人員和工程師采用了多種策略。例如,通過表面改性技術(shù),如接枝、涂層等,可以提高導(dǎo)熱填料與聚合物基體之間的相互作用,增強界面相容性。此外,通過優(yōu)化填料的粒徑、形態(tài)和分布,可以改善填料在聚合物中的分散性,減少團聚現(xiàn)象。同時,通過調(diào)整聚合物基體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),如使用交聯(lián)聚合物、共聚物等,可以提高聚合物與導(dǎo)熱填料之間的相容性。

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      盡管這些策略可以顯著提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能,但通過使用單一類型的填料來明顯提高復(fù)合材料的價值仍然具有挑戰(zhàn)性。這是因為單一類型的填料可能無法完全滿足復(fù)合材料在導(dǎo)熱性能、力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性等方面的要求。因此,研究人員和工程師通常采用多種填料的復(fù)合搭配,以實現(xiàn)協(xié)同效應(yīng),提高復(fù)合材料的綜合性能。
       綜上所述,在聚合物基體中引入導(dǎo)熱粉體是一個復(fù)雜的過程,涉及到界面熱阻、界面相容性、填料分散性等多個方面。通過采用多種策略,可以改善填料與聚合物之間的相互作用,提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。然而,通過使用單一類型的填料來明顯提高復(fù)合材料的價值仍然具有挑戰(zhàn)性,需要進一步的研究和開發(fā)。

      導(dǎo)熱粉體在聚合物基體中的分散性和界面相容性是影響復(fù)合材料性能的關(guān)鍵因素。東超新材通過復(fù)合搭配、表面改性等技術(shù),開發(fā)了高性能的導(dǎo)熱粉體,以提高其在有機硅、聚氨酯、環(huán)氧、丙烯酸、塑料等體系的填充率,形成致密的熱路徑,從而降低體系的粘度,引發(fā)填料之間的協(xié)同作用,獲得更好的導(dǎo)熱性。



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