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氮化硼纳米管用于更耐高温的轻量化航空航天高导热塑料散热器

信息来源:本站 | 发布日期: 2022-05-08 16:36:37 | 浏览量:14271

摘要:

你是否听过塑料散热器。导热性能好的材料通常都是导电性能好的材料,反过来导电性能较差的塑料,其导热性能一定较差。所以显然金属要比塑料的导热性好。但是,是不是塑料就一定不能用来做散热器呢?其实,国际上早已研发出多种导热塑料,其材料的种类多以工程塑料和通用塑…

你是否听过塑料散热器。导热性能好的材料通常都是导电性能好的材料,反过来导电性能较差的塑料,其导热性能一定较差。所以显然金属要比塑料的导热性好。但是,是不是塑料就一定不能用来做散热器呢?

其实,国际上早已研发出多种导热塑料,其材料的种类多以工程塑料和通用塑料为基材,如

PP、ABS、PC、PA、LCP、PPS、PEEK等,在这些塑料中填充某些金属氧化物粉末、碳、纤维或陶瓷粉末而成,其典型的热传导率范围为1-20W/m-K,不过为了得到高导热率而添加了过多的金属粉末,就会变成具有导电性。以至于无法在某些特定的场合使用。

那为什么导热塑料还可以做成散热器呢?它的散热性能可以和传统的铝散热器媲美么?

事实上是完全可以的,而且效果更好。

众所周知,任何散热器,除了需要快速地把热量从发热源传导出到散热器的表面,最后还是要靠对流和辐射把热量散到空气中、导热系数高,只能解决热传递的问题,而散热则主要由散热面积、形状、自然对流和热辐射的能力决定,这些几乎和材料的导热性无关。所以只要有一定的热传导能力,塑料散热器照样可以成为良好的散热器。


导热系数和传导对流散热的关系。图片来自网络

与传统材料相比,导热聚合物具有较高的耐屈扰性和拉伸强度,但抗冲击强度较差,而且固有的热膨胀系数可有效减少制件收缩。

目前人们已发现一种新的材料用于非金属散热器,以大连义邦引入的氮化硼纳米管(BNNT)为例,它以填料的形式来增强聚合物导热性能,且氮化硼纳米管本身拥有超强的机械性能(比强度15.714*106N.M/Kg,是钢铁的90倍),导热系数2400w/(m.k)是铜的6倍,不仅可以增强聚合物导热性能,还能提升机械性能,兼具多种性能。

同时塑料本身的导热系数较低0.33-0.5Wm-1K-1,添加5wt%氮化硼纳米管会使塑料的导热系数达到5w/m.k,得到了10倍以上的提升,此外塑料散热器它的密度要比铝轻,铝的密度是2700kg/m3,而塑料的密度仅为1420kg/m3,差不多为铝的一半,所以同样形状的散热器,塑料的种类只有铝的一半,并且,具有成型简单的优势,制作周期可以缩短20-50%。

此外, 氮化硼是宽带隙材料(5.5eV),具有优异的物理性质和良好的化学惰性,是制作高可靠性器件与电路的理想电子材料之一。从它可以而取代金属散热器,减轻重量又达到了散热的效果,适用于在航空航天的电子设备中,对性能要求极高,同时非导体,可提高热稳定性的同时减轻设备重量。

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