Fl-insegwiment ta 'konduttività termali ogħla għal materjali ta' interface termali, iż-żieda tal-proporzjon tal-mili ta 'fillers termali konduttivi hija mezz effettiv biex titjieb il-prestazzjoni termali tal-komposti. Madankollu, f'applikazzjonijiet prattiċi, meta l-proporzjon tal-mili tal-mili termalment konduttivi jaqbeż ċertu limitu, l-ebusija tal-materjal tiżdied drastikament, l-ipproċessar isir diffiċli, u l-konformità tonqos b'mod sinifikanti, filwaqt li t-titjib fil-konduttività termali huwa minimu jew saħansitra jistaġna. Wara dan il-fenomenu jinsab kunċett ewlieni fix-xjenza tal-materjali konduttivi termali-frazzjoni kritika tal-mili.
1. Tip ta 'mili
Għal mili termalment konduttivi, f'kompost termalment konduttiv, it-trasferiment tas-sħana intern jiddependi primarjament fuq żewġ trasportaturi: elettroni u fononi. Mekkaniżmi differenti tat-trasferiment tas-sħana jinfluwenzaw profondament il-frazzjoni kritika tal-mili meħtieġa għall-mili biex jiffurmaw netwerk effettiv konduttiv termalment:
Fillers Elettronikament Konduttivi (eż., Fidda, Ram, u Graphene)
Dawn il-mili jiddependu fuq il-moviment u l-ħabtiet ta 'elettroni ħielsa għat-trasferiment tas-sħana. Il-vantaġġ ewlieni tagħhom jinsab fl-effett tal-quantum tunneling sinifikanti: Meta żewġ partiċelli tal-mili konduttivi jinġiebu fi ftit nanometri minn xulxin, anke mingħajr kuntatt dirett, l-elettroni għandhom probabbiltà li jaqsmu l-barriera tal-polimer iżolanti bejniethom, u jiksbu qabża. Dan ifisser li netwerk li huwa fiżikament skonnettjat jista 'jkun diġà konness termalment minn qabel. Konsegwentement, il-frazzjoni kritika tal-mili għal dawn il-mili biex jiffurmaw netwerk effettiv konduttiv termalment hija tipikament baxxa.
Fillers Fononikament Konduttivi (eż., Fillers taċ-ċeramika bħall-Alumina, Nitrur tas-Silikon, u materjali tal-Karbonju bħal Nanotubi tal-Karbonju, Graphene)
Dawn il-mili jiddependu fuq phonons (vibrazzjonijiet tal-kannizzata) għat-trasferiment tas-sħana. Il-mogħdija ħielsa medja tal-fononi f'matriċi polimeru diżordinata hija estremament qasira. Meta fononi jivvjaġġaw bejn mili kristallin ordnat ħafna u l-matriċi diżordinata, jew tul lakuni ċkejkna bejn il-mili, iseħħ nuqqas ta 'qbil u tifrix severi ta' fonon. Biex jiġu stabbiliti mogħdijiet effiċjenti tal-phonon, il-fillers għandhom jiffurmaw kuntatt fiżiku strett, kważi perfett biex jimminimizzaw ir-reżistenza termali interfaċjali. Dan ir-rekwiżit strett tipikament jirriżulta fi frazzjoni kritika ogħla tal-mili. Barra minn hekk, anke fost fillers bl-istess mekkaniżmu ta 'trasferiment tas-sħana, il-konduttività termali intrinsika tal-mili stess tista' taffettwa l-frazzjoni kritika tal-mili tagħha. Fillers b'konduttività termali għolja huma intrinsikament effiċjenti ħafna fit-trasferiment tas-sħana, li jippermettu li s-sħana tiġi trażmessa aktar faċilment permezz ta '"kważi -netwerks imperfetti,初步 konnessi," u b'hekk josservaw qabża sinifikanti fil-prestazzjoni termali f'ammonti ta' mili aktar baxxi. Bil-maqlub, fillers b'konduttività termali aktar baxxa huma termalment inqas effiċjenti u jeħtieġu netwerk termalment konduttiv aktar perfett biex jiffaċilita l-fluss tas-sħana tulha, għalhekk il-frazzjoni kritika tal-mili tagħhom hija wkoll aktar baxxa.
2. Morfoloġija tal-mili
Il-morfoloġija tiddetermina l-effiċjenza tal-kuntatt bejn il-mili u d-densità massima tal-ippakkjar, u b'hekk tinfluwenza l-frazzjoni kritika tal-mili. Ibbażat fuq karatteristiċi ġeometriċi, fillers konduttivi termali jistgħu jiġu kkategorizzati prinċipalment bħala:
Fillers Sferiċi
Il-vantaġġ tal-mili sferiċi jinsab fit-tixrid faċli tagħhom u l-flussibbiltà tajba. Madankollu, minħabba simetrija ġeometrika, jistgħu jiffurmaw netwerks biss permezz ta 'kuntatt punt, li jirriżulta f'effiċjenza aktar baxxa tat-trasferiment tas-sħana bejn il-partiċelli. Frazzjoni tal-mili relattivament għolja hija meħtieġa biex tinkiseb konnettività effettiva. Pereżempju, il-frazzjoni tal-mili għall-alumina sferika tipikament teħtieġ tilħaq madwar 40% sa 50% biex ittejjeb b'mod sinifikanti l-konduttività termali.
Fillers Aniżotropiċi (-bħal Pjanċa/Fibruż)
Fillers bħal Pjanċa-bħan-nitrur tal-boron eżagonali (h-BN) u graphene, jew fillers fibrużi bħal nanotubi tal-karbonju (CNTs), fibri tal-karbonju, u whiskers tan-nitrur tal-aluminju, jippossjedu proporzjonijiet għoljin ta' aspett jew proporzjonijiet ta' tul-għa-dijametru. Huma għandhom probabbiltà għolja ta 'interkonnessjoni, speċjalment meta orjentati f'direzzjoni speċifika, li jiffurmaw netwerk perkolating permezz ta' effett ta '"bridging" fi frazzjonijiet ta' mili baxxi ħafna. Madankollu, dawn it-tipi ta 'mili huma aktar diffiċli biex jinxterdu u suxxettibbli għal taħbil jew agglomerazzjoni.
Fillers Irregolari
Dawn il-mili juru interlocking mekkaniku qawwi, li jwassal għal reżistenza ogħla u żieda qawwija fil-viskożità fi frazzjonijiet ta 'mili aktar baxxi. Madankollu, il-forom irregolari tagħhom jistgħu jżidu l-punti ta 'kuntatt bejn il-mili sa ċertu punt. Il-frazzjoni kritika tal-mili tagħhom tipikament taqa' bejn dik ta' mili sferiċi u fillers-bħal pjanċa/fibrużi. Huwa evidenti li fl-inġinerija prattika, mili tal-morfoloġija-wieħed spiss jitħabat biex jibbilanċja konduttività termali għolja, faċilità ta 'proċessar, u prestazzjoni ġenerali. Għalhekk, l-ibridizzazzjoni tal-mili multi-morfoloġija ssir strateġija kruċjali. Pereżempju, il-kombinazzjoni ta' fillers -bħal pjanċi, fibrużi, u sferiċi tista' tisfrutta l-vantaġġi rispettivi tagħhom biex jinbnew netwerks konduttivi termikament f'ħafna livelli-, u jiksbu sinerġiji ta' "punt-linja" u "punt-pjan", li jirriżultaw f'prestazzjoni ġenerali ferm superjuri għal sistemi ta' mili-uniċi.
3. Daqs u Distribuzzjoni tal-Partiċelli tal-Filler
Il-mogħdija tal-konduzzjoni tas-sħana f'kull punt ta 'kuntatt bejn partiċelli kbar tal-mili hija aktar diretta, tnaqqas it-tifrix tal-phonon u tiffaċilita t-trasferiment tas-sħana. Jistgħu interkonnettjaw biex jiffurmaw kanali konduttivi termali kontinwi f'ammonti ta 'mili aktar baxxi. Madankollu, minħabba li l-punti ta 'kuntatt bejn partiċelli kbar huma relattivament ftit u l-interstices huma kbar, in-netwerk iffurmat termalment konduttiv huwa relattivament singular, u jilħaq limitu ta' konduttività termali fi frazzjoni ta 'mili relattivament baxxa. Bil-maqlub, partiċelli żgħar għandhom erja tal-wiċċ speċifika kbira u erja ta 'kuntatt akbar bejn il-partiċelli, iżda t-tifrix tal-phonon huwa wkoll aktar sever. Huma jeħtieġu ammont ogħla ta 'mili biex jiffurmaw netwerk effettiv konduttiv termalment, li jirriżulta fi frazzjoni ta' mili kritika ogħla. F'applikazzjonijiet prattiċi, it-taħlit xjentifikament ta 'fillers ta' daqsijiet differenti (eż., bl-użu ta 'partiċelli kbar biex jiffurmaw l-iskeletru, u partiċelli medji/żgħar biex jimlew il-vojt) huwa komuni. Din l-istrateġija tottimizza b'mod sinifikanti l-frazzjoni tal-mili kritika meħtieġa biex tifforma mogħdijiet konduttivi termali kontinwi u ttejjeb il-konduttività termali finali. Ġeneralment, distribuzzjoni ta 'daqs wiesa' tippermetti li jinbena skeletru termalment konduttiv b'mogħdijiet aktar abbundanti bl-użu tal-ammont totali minimu ta 'mili. Madankollu, huwa importanti li wieħed jinnota li distribuzzjoni eċċessivament wiesgħa tista 'tintroduċi partiċelli kbar ħafna, li jaffettwaw il-prestazzjoni tal-ipproċessar jew jikkawżaw konċentrazzjoni ta' stress lokalizzata. L-ottimizzazzjoni tan-netwerk termalment konduttiv permezz tal-gradazzjoni ta 'daqsijiet ta' partiċelli kbar u żgħar.
4. Proprjetajiet tal-wiċċ tal-mili
Anke jekk jiġi ffurmat netwerk fiżiku termalment konduttiv, twaħħil fqir bejn il-mili u l-matriċi tar-reżina jista 'faċilment iwassal għal agglomerazzjoni tal-mili. Barra minn hekk, is-sħana tiltaqa' ma 'reżistenza sinifikanti (nuqqas ta' qbil għoli ta 'phonon) fl-interface. Dan jeħtieġ ammont ogħla ta 'mili biex jiġu stabbiliti mogħdijiet termali effettivi, li jirriżultaw fi frazzjoni ta' mili kritika ogħla. Il-modifika tal-wiċċ tal-mili bl-użu ta 'aġenti ta' akkoppjar bħal silani tista 'ttejjeb it-twaħħil interfacial, tnaqqas ir-reżistenza termali interfacial, u tippermetti li n-netwerk iffurmat konduttiv termalment jiffunzjona b'mod tassew effiċjenti. Dan itejjeb b'mod effettiv il-konduttività termali fl-istess frazzjoni tal-mili filwaqt li jnaqqas ukoll il-viskożità tas-sistema u jtejjeb il-proċessabbiltà. Madankollu, modifika eċċessiva tista' tinibixxi l--kuntatt tal-mili, u b'mod paradossal iżżid il-frazzjoni kritika tal-mili.
