En savoir plus sur les matériaux en carbone à haute conductivité thermique
Les anciens dissipateurs thermiques en métal (aluminium, cuivre) répondent difficilement aux besoins de dissipation thermique en raison des problèmes de densité élevée, de coefficient de dilatation thermique élevé et de matériaux impurs. Avec le développement rapide de la science et de la technologie, l'aérospatiale, les communications par satellite, les ordinateurs à grande vitesse et d'autres domaines accordent de plus en plus d'attention aux problèmes de dissipation thermique, et des exigences plus élevées en matière de matériaux de gestion thermique sont mises en avant.
En raison de leur faible densité, de leur résistance élevée, de leur conductivité thermique élevée et de leur résistance chimique, les matériaux en carbone devraient remplacer les matériaux métalliques précédents et devenir une nouvelle génération de matériaux à haute conductivité thermique.
La conduction thermique des matériaux carbonés est principalement réalisée par la vibration thermique des atomes du réseau. Le type de fibre de carbone, le type de matrice, la densité, la capacité thermique spécifique, le degré de graphitisation, la structure de la préforme, la fraction volumique de la fibre, la température de traitement thermique/température de graphitisation, etc. affectent les matériaux en carbone Le principal facteur de conductivité thermique.
Actuellement, il existe principalement trois types de matériaux carbonés à haute conductivité thermique :
1. Matériau du diamant
À l'heure actuelle, il est connu que le diamant naturel a la conductivité thermique la plus élevée parmi les matériaux naturels, et sa conductivité thermique à température ambiante est d'environ 2000 à 2100W/(m∙K). Dans le même temps, le diamant est également un bon isolant et un matériau de dissipation thermique idéal pour le substrat. À l'heure actuelle, le film de carbone de diamant préparé par la méthode de dépôt chimique en phase vapeur présente les avantages d'une haute qualité et d'un faible coût.
2. Graphite matériel
Le graphite est composé de six faces de prisme et de deux faces de base compactes. Il appartient à la structure hexagonale et se divise principalement en deux catégories : le graphite naturel et le graphite artificiel. La conductivité thermique du graphite ordinaire à température ambiante n'est que de 70 à 150W/(m∙K), tandis que la conductivité thermique du graphite naturel sur le plan cristallin 002 à température ambiante peut atteindre 2200W/(m∙K). La conductivité thermique en surface a également atteint 2000W/(m∙K).
3. Matériaux de graphène
Le matériau de graphène est composé d'une structure plane bidimensionnelle composée d'une seule couche d'atomes de carbone étroitement disposés dans un hexagone régulier. Il s'agit d'une forme en nid d'abeille et d'une seule couche de matériau de surface d'atome de carbone exfolié à partir de graphite. La méthode d'exfoliation micromécanique, la méthode de croissance épitaxiale, la méthode de dépôt chimique en phase vapeur et la méthode de réduction chimique à l'oxyde de graphène sont les principales méthodes de préparation du graphène. La conductivité thermique à température ambiante du graphène en suspension monocouche peut atteindre 3000 à 5300W/(m∙K)).
Les atomes de carbone ont un arrangement spécial. Les matériaux carbonés couramment utilisés ont une structure énorme et une anisotropie de conductivité thermique, c'est-à-dire qu'ils ont une conductivité thermique élevée dans la direction des plans cristallins de graphite, tandis que la conductivité thermique entre les plans cristallins est très faible. L'orientation préférée limite sa conductivité thermique dans le sens de l'épaisseur.
Cependant, les avantages des matériaux carbonés ne peuvent être ignorés. Les matériaux de gestion thermique qui utilisent leurs freins et contrepoids sont particulièrement adaptés pour dissiper la chaleur des composants avec de grands flux de chaleur dans de petits espaces, et peuvent répondre aux exigences de développement des composants électroniques de nouvelle génération, et sont d'une grande importance pour le développement de l'industrie moderne, la défense nationale et la haute technologie.
