Table of Contents
הגידול צריך ניהול הדרגתי של ה-Innerital באלקטרוניקה
בעוד מכשירים אלקטרוניים ממשיכים להתכווץ בגודל תוך הגדלת צפיפות החשמל, חום ניהול הפך לאחד האתגרים הקריטיים ביותר בהנדסה.מעבדים מודרניים, מגברי חשמל, ומערך LED לייצר אנרגיה תרמית משמעותית, וללא פיזור יעיל, ביצועים דחיות ותוחלת החיים של רכיב מקצרים באופן דרמטי את חומרי הפחתת החום המסורתיים כגון נחושת ואלומיניום שירתו היטב במשך עשרות שנים, אבל מוליכות תרמית שלהם נבדקים על ידי קרינת חומרים קומפקטית זה נכנס לפתרונות סטנדרטיים של ניהול חומרים הנדסיים.
הפונקציה התכשיטה של חום ממקור קטן, חם על פני שטח גדול יותר, שבו ניתן להעביר אותו לאוויר שמסביב או קירור נוזלי.יעילות התהליך הזה תלויה במידה רבה על מוליכות תרמית של חומר כיור החום, שטח הפנים שלו, ואת הממשק התרמי בין מקור החום לבין הכיור. nanostructured אלומיניום תחמוצת על כל הגורמים האלה, מה שהופך אותו מועמד משכנע עבור ביצועים גבוהים בניהול תרמי מכל השרתים במרכז נתונים חשמליים.
מה זה Nanostructured אלומיניום Oxide
תחמוצת אלומיניום (Al2O3), המכונה בדרך כלל אלומיניום, הוא חומר קרמיקה הידוע בשל קשיותו, בידוד חשמלי, והתנגדות להתקפה כימית. בצורתו הקונבנציונאלית, אלומיניום יש מוליכות תרמית של כ -30 W/mK, אשר מתון בהשוואה למתכות כמו נחושת (385 W/mK) עם זאת, כאשר oxide אלומיניום הוא מונדס על ידי ננו-פי- באופן משמעותי מתחת לכדי שינוי חומרי, אך לא יכול להיות משופר באופן משמעותי מתחת לכדי שיפור משמעותי של חומר ננומטר, אך לא יכול להיות משופר באופן משמעותי.
תחמוצת אלומיניום מובנת יכולה לקחת צורות רבות: חלקיקים, nanowires, nano ⁇ membranes, או סרטים דקים עם גבולות דגנים מבוקרים.כל מורפולוגיה מציעה יתרונות נפרדים.לדוגמה, ננו ⁇ אלומיניום מספק אזור משטח גבוה מאוד כי ממקסם מגע עם מקורות חום, בעוד ננו-חלקיקים אלומיניום יכול להיות מפוזרים לתוך מטבוליים כדי ליצור חומרים תרמיים עם מוליכות מוגברת.
כיצד ננוור אלטרנס Thermal Properties
ב nanoscale, הדרך החינמית של phonons (נושאי חום ראשי בקרמיקה) הופכת להיות דומה לגודל המאפיין של החומר.זה יכול להפחית פיזור פוניון בגבולות דגנים, ובכך לשפר את מוליכות תרמית לאורך כיוונים מועדפים.בנוסף, אזור פני השטח הגבוה של ננו בנוי alumina מאפשר חיבור יעיל יותר עם סדקים תרמיים או adhesivesivesivesives, צמצום ההתנגדות בין-גזעית אלה כדי לשלב השפעות ספציפיות על ידי עיבוד חלקיים ספציפיים.
יתרונות מרכזיים של אלומיניום ננווני Oxide ב-Hick Sinks
כאשר משולב בעיצובי כיור חום, תחמוצת אלומיניום nanostructured מציעה כמה יתרונות משכנעים שעונים על המגבלות של חומרים קונבנציונליים.
המונחים: Thermal Conductivity
בעוד שאלומיניום גדול הוא מנצח מתון, תחמוצת אלומיניום nanostructured יכול להשיג מוליכות תרמיות יעילה בטווח של 60-100 W / mK. זה שיפור משמעותי, במיוחד כאשר בהתחשב כי אלומיניום הוא אינסטלטור חשמלי. יישומים אלקטרוניים רבים דורשים בידוד חשמלי בין הכיור חום ורכיבים פעילים, ומתכות כמו נחושת או אלומיניום דורשות תוספת של שכבות כי תוספת התנגדות תרמית.
משקל אור וקומפקטי עיצוב
אלומיניום הוא פחות צפוף באופן משמעותי מאשר נחושת (3.9 גרם / CM3 לעומת 8.9 g / ס"מ3) וגם בהיר יותר מאלומיניום (2.7 גרם / $3). צורות nanostructured יכול להיות אפילו בהיר יותר בשל הכללה של porosity או תכונות ריקות. עבור יישומים רגישים משקל כגון אלקטרוניקה אווירורקל, מכשירים ניידים, וכלי רכב חשמליים, הפחתת זה ישירות מתורגם יעילות וביצועים.
שטח שטח שטח רחב ופירוק חום
אלומיניום בנוי ניתן למרקם עם אזורי משטח ספציפיים מאוד - עד כמה מאות מטרים רבועים לגרם. כאשר נעשה שימוש כציפוי או כחלק חומר ממשק תרמי מורכב, אזור משטח עצום זה משפר את העברת החום על ידי הבטחת מגע אינטימי עם מקור החום.
בידוד חשמל ללא הקרבה
בניגוד לשקעי חום מתכתיים, תחמוצת אלומיניום nanostructured היא אינמולטור חשמלי מעולה.נכס זה חיוני באלקטרוניקה כוח שבו אלקטרוניקה קרקעית וקיצור-circuit מניעה הם כפולים. פתרונות ניהול תרמיים מסורתיים עבור יישומים מבודדים לעתים קרובות כרוך הוספת כרית חשמלית בידוד או גריז, אשר מציג התנגדות תרמית נוספת.עם ננו alumina, חום מספק את עצמו בתוך זרם תרמילי, שיפור ביצועים הכוללים ועיצוב.
שיטות ייצור עבור nanostructured אלומיניום Oxide
הביצועים של תחמוצת אלומיניום nanostructured תלוי במידה רבה על שיטת הייצור.טכניקות מרובות פותחו, כל אחד מציע יתרונות במונחים של עלות, קנה מידה ושליטה על מאפייני nanostructure.
עיבוד Sol-Gel
בשיטה sol-gel, פתרון מבשר (כגון אלומיניום isopropoxide) עובר הידרוליזה ו condensation כדי ליצור השעיה קולואידית או "סולם" סול זה הוא אז יבש ורמיאומי מטופל לייצר מבנה ננומינומי של סול-גל עיבוד מאפשר שליטה מדויקת על גודל פומר, חלקיקים וטוהר.זה משמש נרחב לייצור אלומיניום חלקיקים עבור חומרים תרמיים עבור חלקיקים וממשקים עבור חומרים דקים.
Anodization
Anodization של אלומיניום ב אלקטרוליט חומצי מייצר שכבת ננו- ⁇ alumina. תהליך אלקטרוכימי זה יוצר סרט דק עם פצעי בגודל אחיד, בדרך כלל עשרות ננומטר בקוטר.הסרט המתקבל ניתן להשתמש ישירות כמו ציפוי מחסום תרמי או כמו תבנית עבור ננו-חוטים גדל. Anodized alumina הוא אטרקטיבי במיוחד עבור כי את המבנה ה ⁇ יכול להיות מלא עם פונקציונליות גבוהה כמו תרכובת מורכבת, או כמו תרכובת מגנטית מורכבת.
המונחים: CVD
CVD משתמש במבשרי גז מגיבים על תת-קרקעית מחוממת כדי להפקיד סרטים דקים של אלומיניום. על ידי שליטה קפדנית טמפרטורה, לחץ, ושיעורי זרימה מבשר, החוקרים יכולים לייצר ציפויים ננו-מבנים עם גודל דגנים מותאמים וגביעיות.D סרטים הם צפופים, דבקים, ויש להם יציבות תרמית מעולה, מה שהופך אותם מתאימים יישומים עתירי זמן גבוהה.
כדור מכני מלל
לייצור בקנה מידה גדול, כדור מכני משקע של אבקה אלומיניום גדול יכול להפחית את גודל החלקיקים לנונומטרי. בעוד שיטה זו היא פחות מדויקת מאשר גישות כימיה רטובה, זה עלות-יעילות ויכולה לייצר כמויות משמעותיות של אלומיניום nanostructured עבור חומרים מורכבים.החלקיקים וכתוצאה מכך מציגים שיניים פגומות גבוהות כי יכול למעשה לשפר את ההתנהגויות התרמיות על ידי מתן phonon נוסף לפזר מסלולים, למרות אופטימיזציה זהירה הוא צורך.
טכניקות מתפתחות אחרות
שיטות נוספות כוללות בזק פלזמה חיטוי (SPS) כדי לאחד אבקות nanostructured לתוך קומפקטיות צפופה עם תכונות ננומטריות נשמר, ו אלקטרוספינינג לייצר ננופיברים אלומיניום עם יחסים גבוהים.כל טכניקה מציעה הבדלים בין ביצועים תרמיים, כוח מכני, ועלות ייצור.
שילוב של ננו-בונה לתוך עיצובי ה-Hick
תחמוצת אלומיניום מובנת ניתן לשלב בתוך כיור חום בכמה דרכים.זה יכול להיות מיושם כמו ציפוי על כיור חום מתכת מסורתי כדי לשפר את שטח פני השטח ולספק בידוד חשמלי. Alternatively, זה יכול לשמש כחומר כיור חום אחד עמיד יחיד כאשר מעובד לתוך צורות מורכבות באמצעות אבקה מתכת או ייצור תוספת. גישה נפוצה נוספת היא לערבב חלקיקים אלומיניום לתוך תרכובת תרמית כדי ליצור מטבולית חום כי הוא גם מקרר.
חומרים ממשקיים TERRmal Interface (TIM)
אחד היישומים המבטיחים ביותר הוא בחומרי ממשק תרמיים, שבו חלקיקים אלומיניום מפוזרים בסיליקון או epoxy resin. אזור פני השטח הגבוה של חלקיקים יוצר רשת צפופה של מסלולים מוליכים תרמיים, שיפור מוליכות תרמית מסיבית של TIM. בניגוד TIM קונבנציונלי טמונים עמוסים חלקיקים בגודל מיקרון, nanostructured להשיג גרסאות גבוהות יותר התנהגות מלאה יותר בגמישות מלאה יותר, שמירה על גמישות נמוכה יותר.
ננו ⁇ Alumina as a Heat Spreader
ניתן לגדל באופן ישיר את סרטי ננו פודינה על כיור חום אלומיניום באמצעות anodization, יצירת שכבה פעילה תרמית אשר מגבירה את שטח פני השטח יעיל עבור פירוק חום. pres יכול להיות מלא מתכת מוליכות גבוהה כמו נחושת כדי לשפר ביצועים תרמיים יותר. גישה זו היא אטרקטיבי במיוחד עבור מיקרואלקטרוניקה שבו מגבלות שטח דורשות מתפזרים דקים ויעילים.
ביצועים השוואתיים: ננודור Alumina לעומת חומרים מסורתיים
כדי להבין את הפוטנציאל של תחמוצת אלומיניום nanostructured, זה שימושי להשוות את הביצועים שלה עם חומרים התכופים חום קונבנציונלי.