Malzemelerin ısındığı şey, modern bilim ve mühendislik temelleridir. Mikroelektronik soğutmasından havalimanları soğutmaya kadar soğutulması, cihazı performans, güvenilirlik ve güvenlik sağlar.Birçok malzeme için, termal iletkenlik iyi tanımlanmış bir şekilde [Dönemli bir materyal sınıfıdır).

Grafik olarak, hexagonal boron nitride (h-BN) ve geçiş metal dichalcogenides (TMD) gibi, atomik uçaklar ve zayıf bir van der Waals etkileşimleri arasında, bu yapısal dichotomi sadece 200 W / 1'lik bir iletkenlik seviyesi için kullanılan yüksek çözünürlükte 200'e karşı yüksek çözünürlükte bir performans sergileyebilir. Örneğin, grafiksel iletkenlik 2000 W / 4 W / 1'lik bir sıcaklık üzerinde çalışır.

Katılarda Termal Davranışın Temelleri

Katılarda ısı iletkenliği iki birincil taşıyıcı tarafından enerjiden doğar: [Dönetici:0))[Dönderilmiş lattik vibrasyonlar) ve [[Döntgenler[Döntgenler[Dönergeler) katkı (veya delikler))[Döneticiler, metaller, metaller, phononlar[D)

Phonon Transport

Phonons kristal lattice'deki atomların titreşimleri ile ısı taşır.Onlar atomik bağların sertliklerine bağlıdır, phonon ortalama hızları ise yüksek sıcaklıklara yol açar.[Dönder:0)

Electron Contribution

Metallerde ve ağır yarı iletkenlerde, ücretsiz elektronlar hem şarj hem de ısı taşır. Elektronik termal iletkenlik Wiedemann-Franz yasası ile ilgilidir: ) ) = L ⁇ T).L[Dörtgençlik, yüksek çözünürlükte bir elektronun etkisi nedeniyle yüksek derecede iletkenliğidir.

Anisotropy: Yönel Bağımlılığı

[Köpeksel iletkenlik, kristal düktürse ortaya çıkar – bu, atomik bağlar ve kristaller boyunca farklı bir şekilde birbirine bağlı olarak farklı bir şekilde değiştirilebilir.[Dönekli:0] [Dönemli:2][Dönemli:2][Dönemli: 9)[Dönemli: 16/01/2012)

Kristal Yapıda Kökeni

Her katmandaki atomlar, sert lattice dinamiklerini sağlayan güçlü bağlara bağlıdır. Bu güçlü bağlar yüksek fon grubu ve konumlara ve uzun vadede, vücut düzleminde ücretsiz yollar anlamına gelir.

Plane vs Cross-Planementivity

[FONT=0][Dönemli [Dönetici:2)[Dönetici: 3)[Dönetici: 4)[Dönemli))[[Dönemli))))))))))[[Dönemli))))))

  • [FONT:0) ⁇ [DÜŞÜNÜye: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 2000 W/m][DÜye ait olan ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • [FONT=0) [FONT=0)[0] [FONT=0)[0)[0) ⁇ ⁇ ⁇ 400 W/m|)
  • [FONT:0) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Bu değerler yaklaşık ve kristal kaliteye, sıcaklıka ve örnek boyutlara bağlıdır. Uçak iletkenliği, ısıyı daha sonra yaymak için cazip malzemeler yapar, düşük düzlem iletkenliği ısı yalıtımı için veya doğrudan ısı akışı için kullanılabilir.

Katmanlı Malzemeler ve Onların Anisotropic Davranışları

Graphite ve Graphene

Doğal olarak karbon biçiminde meydana gelen bir form, elmas tabakalarının her grafikte olduğu gibi, karbon atomları hidroksitize edilir ve bir balkomb latticeyi olağanüstü güçlü ⁇ -bondlar ile oluşturur. Bu bağlar, 3000 W /m'in üzerinde ısıtılmış ısı iletkenliği olan yüksek iletkenliğe yükselir, ancak zayıf tabakalı kuvvetler tarafından sınırlıdır.

Hexagonal Boron Nide

h-BN, grafiksel olarak grafiklere bağlıdır, ancak elektriksel iletim olmadan ısı dağılımı gerektiren uygulamalar için değerlidir.In anisotropy oranı grafikte benzer olsa da, h-BN kimyasal ve termal olarak, yüksek sıcaklık yönetimi için uygundur.

Transition Metal Dichalcogenides (TMDs)

MoS )2[DÜye Olmayanlar [Dönder:2]) ve WSe)[D[DÜye Olmayanlar, bir geçiş metal atomu sandviçleri içeren bir tabakaya ilgi duyuyorlar.

Termal Yönetim Üzerine Etkisi

Örneğin, ısı bataklığı, ısının ısıtılması için ısının hem tasarım fırsatları hem de kısıtlamalar yaratır. Birçok termal yönetim senaryolarında, mühendisler belirli yollar boyunca ısıyı yönlendirmek isterler. Örneğin, ısı batması, ısının ısının ısıtılması için sıcak kaynaktan soğutma fins (in-plane) verimli bir şekilde akması gerekir, ancak mutlaka substratlara yayılmaz (gezegende)

Elektronik Soğutma

Modern elektronik, birim alanı için önemli bir ısı yaratır. Yüksek güç çipleri, CPU ve güç yükselteçleri gibi, ısıyı daha sonra ısıyı azaltmak için verimli ısı gerektirir.Aynı zamanda, grafik iletkenliği ve grafiksel filmler paketin ısısını azaltır.Bu anisotropic davranışı doğrudan imalatın üzerinden tasarlanabilir.

Termoelektrik Malzemeleri

Termoelektrik cihazları elektrik içine ısıtılır (ve tersi) ve yüksek elektrik iletkenliği ile malzeme gerektirir, ancak düşük ısı iletkenliği bir sıcaklık gradient. Anisotropic tabakasında bulunan malzemeler bu özellikleri ikiye bölmek için bir yol sunar[Dönem:2[gece)[Uzgun ısı iletkenliği ile yapılırken, bu tür malzemeler de ısıtılabilir.[Dönemli)

Termal Interface Malzemeler (TIMs)

Termal arayüz malzemeleri bir ısı kaynağı ve ısı batağı arasındaki boşluğu doldurur. İdeal olarak, bir TIM, yüksek çapraz termal iletkenliği ile ısı geçişi için yüksek bir polimer matrise sahip olmalıdır. Ancak, birçok geleneksel TIMs (greases, peds) düşük iletkenlik kesintileri ile acı çekiyor. Son zamanlarda, grafiksel amplitüdler veya h-BN parçacığın 100 Wmpara iletkenliği oluşturmak için yüksek bir polimer matris içinde bir kompozit olabilir.

Anisotropic Thermal Davranış için ölçüm teknikleri

Birisotropic malzemelerdeki termal iletkenliği kontrol etmek, yönsel bileşenleri çözebilecek teknikler gerektirir. Isotropic örnekleri (örneğin, büyük malzemeler için lazer flaş yöntemi) daha sofistike yaklaşımlar tarafından adapte edilmelidir veya değiştirilmesi gerekir.

Zaman-Domain Thermoreflectance (TDTR)

TDTR, ince filmlerde termal iletkenliği ölçebilecek bir pompa-probe optik tekniktir ve farklı yönler boyunca bir tane deküresel ısıtılır.TTR, grafikte ısı geçişi, MoS[FLT] dahil olmak üzere tabakalı malzemelerde termal taşıma için yaygın olarak kullanılır.

3 ⁇ Method

3 ⁇ yöntemi, hem ısı hem de sıcaklık açısından bir AC akımı uygulamak için örnek olarak bir metal çizgiye depolanır ve üçüncü harmonik gerilimi ölçebilir, biri substratın termal iletkenliğini belirleyebilir.In anisotropic examples, multiple configurations (e.g., farklı line genişliği, yönelimler) yönsel davranışlamalar için iyi çalışır.Bu yöntem özellikle yüzeysel ölçümler için kullanışlıdır.

Lazer Flash Analizi (LFA)

LFA, ısı pompasının ısıtılması için standart bir tekniktir.In anisotropic examples, örnek, istenen yönde ısı akışının kesintisi ve yönlendirilmesi gerekir. Alternatif olarak, LFA kurulumu daha sonra incelenebilir bir lazer noktası ile yapılır. Combining LFA In-plane and cross-plane termic properties.

Mühendislik Stratejileri Anisotropy'yi Çıkarmak

Tasarımcılar, ısıl anisotropy'den pratik cihazlarda yararlanmak için birkaç araç vardır:

  • [FONT=0)Layer Orientasyon Kontrolü[Dönetici: En doğrudan yaklaşım istenen ısı akışı yönünde katmanları hizalamak.In polimer kompozitler with flake-like, manyetik veya elektrik alanları, squashlar sırasındaki çatlakları yönlendirebilir.
  • [[0)Composite Design[[[Dönetici: 1 ): İki anisotropic materyali, özel anisotropic iletkenliği ile bir kompozit oluşturabilir. Örneğin, bir polimer matrixte grafik ve h-BN sadece uçakta elektriksel percolasyon sağlarken (if grafik).
  • [FONT:0)Nano Yapı[[[Döneticileri veya kusurları tanıtmak, termoelektrik süperlattiklerinde, periyodikleri, periyodikleri, periyodikleri elektronlardan daha fazla telleri, yarı iletkenliği korumak için daha fazla ısıtılabilir.
  • [FONT:0)Graded Anisotropy[Dönder: · kalınlıkta farklı olarak, bir yüzey ve düşük mil iletkenliği daha derin olan bir malzeme oluşturabilir.Bu, yüzeyde yüksek sıcaklık taşıma kapasitesi ile ısıtılabilir.

Meydanlar ve Gelecek Yollar

Biraminik tabakalı materyallerin sözlerine rağmen, katmanların genel performansı sınırlandırabileceği bazı zorluklar devam etmektedir[Döneticiler ve ince filmlerdeki kontroller zorlanır – görünüşe göre tahıllar veya dolgular etkili anisotropy.ENFLT:2).

Future araştırma, kristal yapı veritabanlarından güçlü olan (farklı ve kolchair yönlerden) oluşan siyah fosfor (fosforus) içerir.(Politikalar, kristal yapı veri tabanlarından, keşiflerden gelen yüksek çözünürlükler, eksperestler ve kolchair yönlerden).

Başka bir sınır, adisyon veya elektrokimyasal interkalasyon ile ilgili olarak, yüksek ve düşük iletkenlik devletleri arasında geçiş yapabilen bir konsepttir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Anisotropy sadece bazı kristallerin meraklı bir özelliği değildir - gelişmiş malzemelerde ısı akışını kontrol etmek için güçlü bir avantajdır. Katmanlı malzemeler, grafikten metal dichalcogenides geçişine kadar, en büyük bilinen termal iletkenlik oranlarının bazılarını gösterebilmek için, TDTR ve 3 yönüne bağlı olarak, güçlü bir iç içe geçiş noktalarının, bu anisotropy'den, bu anisotropy'den verimli ısıtıcıları, termal arayüz materyallerini ve termoelektrik cihazlarının tasarımını yapabilmemize izin verir.

Kompakt, yüksek performanslı elektronik ve enerji verimli termal sistemler için talep büyüdükçe, anisotropy'yi anlamak ve kullanmak artık daha kritik hale gelir.Bu malzemeler, gelişmekte olan tabakalı bileşiklerle birlikte, ısı taşımanın yön niteliğine saygı göstererek, mühendisler sadece ısıyı daha etkili bir şekilde dağıtmayan cihazlar tasarlayabilirler, aynı zamanda yeni fonksiyonellikler için termal anisotropy'i de kullanabilirler.

Daha fazla okuma için, termal iletkenlik anisotropyurFLT:0) tabakasına bağlı malzemeler) ve pratik uygulamalar ) termal yönetim) gibi Online veritabanı.NIST Termal Davranış Veritabanı) Birçok anisotropic malzeme için güvenilir veriler sağlar.