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導熱石墨片雖然在各行業中的運用越來越廣泛了,但它面臨的挑戰卻越來越多。因為現在的電子產品越做越小,芯片尺寸小了之后,導熱難度會變得越來越高。
導熱石墨片不僅需要提高導熱系數,滿足更高的導熱需求,還要在尺寸上不斷精進,能夠加工地越來越小。而尺寸是否能達到標準要求,跟導熱石墨片的切膜工藝有關。
導熱石墨片的切膜工藝跟其實際的運用有關,目前比較常用的有膠粘切膜和背膜切膜兩種。膠粘膜切是指在切割石墨片的時候,對其表面多背膠處理,使石墨片具有一定的粘接性。這種膠粘模切可以讓導熱石墨片更好地粘合在電路板上,更好地為電子產品進行散熱。有的時候,電路板需要的絕緣和散熱材料尺寸跟導熱石墨片的尺寸不合,就需要對石墨片的表面組背膜處理,使其更符合電子產品。
目前用于導熱石墨片切膜的加工工件是石墨切割機,又稱為砂線切割機和數控砂線切割機。石墨切割機是采用采用激光切割的原理,可以非常快速地有效地切割導熱石墨片。因為目前激光技術的運用已經比較成熟,所以這個石墨切割機可以穩定并且長時間的進行加工作業。不過導熱石墨片受到其自身的結構影響,其厚度不能切割地過薄,所以,即使切割機能夠達到薄切技術,也不能馬上實現石墨片的尺寸更精細,需要專家先提高石墨片的性能。
影響導熱石墨片導熱性能的因素
導熱石墨片是由天然石墨烯加工而成的產品,具有非常良好的導熱性能。聲子是石墨烯主要的導熱形式,當這個導熱形式發現變化時,它的導熱性能會發生改變。根據人們對導熱石墨片的研究發現,石墨烯取向、尺寸、溫度、厚度和分散性都會影響它的導熱性能,以下是詳細描述。
導熱石墨片能提供聲子沿石墨烯片層方向二維的傳播途徑,填料與聚合物界面接觸較少且界面接觸電阻小,從而降低了石墨烯邊緣的聲子散射函數,有利于有效的導熱網絡,所以平行于石墨烯層方向的導熱系數優于垂直于石墨烯層的方向。由于制備工藝不同,會得到尺寸和厚度不同的導熱石墨片。尺寸較大的石墨具有更大的比表面積,可減少邊緣聲子散射,有利于熱傳導。石墨厚度越小,比表面積越大,導熱性能也越強。但是受到制備工藝的局限,目前我們只能將導熱石墨厚度加工到0.1mm的厚度,再薄就無法制作。
當導熱石墨片在傳導熱量時,溫度的變化也會影響其導熱性能。經過人們的多次試驗,發現65℃是一個極限值,低于這個溫度時,石墨的導熱效率會隨著溫度的增加而增加;當溫度超過65℃時,石墨的導熱率會隨著溫度的增加而降低。不過當導熱石墨片中石墨烯含量提高時,導熱效率下降的幅度會變慢。人們可以根據散熱的需求,選擇石墨烯含量不同的石墨片。
導熱石墨片是非常流行的散熱材料,它被廣泛地運用于電子產品中。石墨的化學成為為碳元素,它的分子結構穩定,具有較強的導熱導電性能,由其制成的導熱石墨片也具有較強的導熱性和導電性能。根據人們的檢測,市場上石墨片的導熱性能在150-1500W/(m·K)之間,遠遠高于其他導熱材料。而石墨的高導電性也被用于電池的制作,只是在導熱產品中并不強調它的導電性。
導熱石墨片還具有低熱阻性、重量輕、耐腐蝕和抗輻射的優點。根據人們的試驗檢測,石墨的熱阻性比金屬鋁低40%,比金屬銅低20%;石墨的重量比金屬輕25%,比金屬銅輕75%。雖然金屬鋁和銅的導熱系數都超過了2000W/(m·K),遠高于石墨,但上述兩點性能卻較差,并不如石墨適合導熱材料。將導熱石墨片運用于電子產品時,不用擔心其重量對電子產品產生負荷,也不用擔心電子元器件產生腐蝕性物質影響其導熱性能。
導熱石墨片還具有良好壓縮性、回彈性和低應力蠕變率,非常適合密封材料。人們根據電子產品散熱需求,將石墨制作成厚度和尺寸不同的導熱片,它放置在電路板上可以為電子元器件起到一定的防震作用,在導熱的同時保護電子元器件不被損壞。正是因為導熱石墨片具有這么多的特點,所以成為了現在主流的導熱產品,為電子產品性能提升奉獻了一份力量。
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