五種超高導(dǎo)熱材料的研發(fā)進(jìn)展

五種超高導(dǎo)熱材料的研發(fā)進(jìn)展

來源：中國鋼鐵新聞網(wǎng)

在大功率集成電路和高功率密度電子工業(yè)等領(lǐng)域,隨著電子器件及其產(chǎn)品向高集成度、高運算方向的發(fā)展,耗散功率隨之倍增,散熱問題日益成為制約其持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。為此,超高導(dǎo)熱材料的研發(fā)至關(guān)重要。碳材料具有超高的導(dǎo)熱率,根據(jù)計算,石墨在平行于晶體層方向上的熱導(dǎo)率理論上可高達(dá)4180W·m-1·K-1,幾乎是傳統(tǒng)金屬材料銅、銀及鋁的10倍多,是最具發(fā)展前景的散熱材料。

一、金剛石薄膜。

天然金剛石的室溫?zé)釋?dǎo)率是已知自然界材料中最高的,為2000～2100W·m-1·K-1。人工合成金剛石單晶,36℃時的熱導(dǎo)率可達(dá)2990W·m-1·K-1。人工合成金剛石的生產(chǎn)工藝須依靠高溫高壓技術(shù),極大增加了生產(chǎn)成本;自從化學(xué)氣相沉積法被用來制備金剛石薄膜以來,得到的薄膜產(chǎn)品面積大、質(zhì)量高,且成本相對較低。用直流熱陰極氣相沉積法在鉭盤上得到了透明金剛石薄膜,薄膜尺寸為直徑40～80mm,膜厚達(dá)4.2mm,熱導(dǎo)率達(dá)1000～1200W·m-1·K-1。

二、石墨。

室溫時天然石墨在(002)晶面上的熱導(dǎo)率達(dá)2200W·m-1·K-1,但普通多晶石墨的室溫?zé)釋?dǎo)率只有70～150W·m-1·K-1。高定向裂解石墨在其面向上的熱導(dǎo)率能夠達(dá)到2000W·m-1·K-1;以聚酰亞胺薄膜為原料經(jīng)炭化和石墨化熱處理后得到的人工石墨薄膜,具有高度的石墨陣列取向 和 高 導(dǎo) 熱 性 能, 熱導(dǎo)率可達(dá)1000～1600W·m-1·K-1。

三、石墨烯。

石墨烯是一種從石墨中剝離出來單層碳原子面材料,具有由單層碳原子以正六邊形緊密排列構(gòu)成的呈蜂窩狀的二維平面結(jié)構(gòu)。單層懸浮石墨烯的室溫?zé)釋?dǎo)率可達(dá)到3000～5300W·m-1·K-1。國內(nèi)已成功制備出了17419.5px2的單層石墨烯,這將大大擴展石墨烯的應(yīng)用前景,將對手機、平板電腦等電子消費終端產(chǎn)品的設(shè)計和制造帶來深遠(yuǎn)的影響。

四、碳納米管及其復(fù)合材料。

碳納米管是由碳原子形成的單層或多層石墨卷曲形成的低維結(jié)構(gòu)材料。碳納米管具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性,且只能在一維方向上(軸向)傳遞熱能。據(jù)報道,長 2.6μm、直徑為 1.7nm 的碳納米管在室溫下的熱導(dǎo)率達(dá) 3500W·m-1·K-1。將碳納米管加入聚合物中可獲得低填充量高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料。

五、碳纖維及C/C復(fù)合材料。

碳纖維是由有機纖維或低分子烴氣體原料在惰性氣體中經(jīng)碳化及高溫石墨化處理而得到。當(dāng)石墨晶格在纖維的軸向上獲得高度擇優(yōu)定向后,會具有超高的熱導(dǎo)率。以高導(dǎo)熱碳纖維為原料制得的C/C復(fù)合材料,具有高溫強度高、熱膨脹系數(shù)小、自潤滑性良好和熱導(dǎo)率較高等一系列優(yōu)異性能。