Giriş: Esnek Elektronikte Termal Şişenck
Esnek elektronikler, laboratuvar eğriliklerinden ticari gerçekliklere geçiş yaptı, bu mekanik esneklik kalıcı bir sağlık monitörleri, katlanabilir telefonlar ve rulolar.Seksler, ısı bataklığı veya alüminyum yüzeylere uygun olarak, katı silikon bazlı devrelerin ulaşamadığı tasarım alanları açıyor. ancak, bu mekanik esneklik, polimisyon (PI) ısıtılabilir elektronikler, yüksek çözünürlükte ısıtılabilir ısıtılır.
Bu şişenck'a ulaşmak için araştırmacılar gümüş nanotellere döndüler (AgNWs) Bu tür boyutlu nanoyapılar gümüş ısı iletkenliğini birleştirir (~429 W m -1 K-1), bir polimer matrixine veya bir ağ olarak basılırken, AgNW'lerin, substratların esnekliğini korurken hassas alanlardan ısıtılması gereken iletken yollar yaratırlar.
Silver Nanotel Nedir?
Silver nanoteller elongated, metalik gümüş kristal yapıları tipik olarak 20 nm ila 200 nm ve optik şeffaflık miktarını 5 μm'den 50 μm'ye kadar, 50:1'den 1000:1'e kadar, yüksek yönleri anahtardır: düşük hacimdeki birbirine bağlı ağların oluşumuna olanak sağlar, böylece PPD'nin en yaygın sentezini sağlar.
AgNWs diğer gümüş nanoyapılardan ayırt edilir - nanopartiküller, nanotüpler veya nanorods - çok düşük yüklemelerde percolating ağlarını oluşturmak için yeteneği. rastgele AgNW ağlarında elektrik iletkenliği için tipik bir percolasyon eşi% 1 vol ve ısı iletkenliği benzer şekilde düşük, çünkü ısı iletkenliği her iki yönlü yol ve düşük yükleri gerektirir.
Esnek Elektronikte Termal Yönetim Meydan Muharebesi
Elektronikteki ısı nesli kaçınılmaz. Mevcut akıştan Joule ısıtma, kayma kayıpları ve dinamik sistemlerdeki mekanik sürtünme tüm sıcaklık artışına katkıda bulunur.In esnek cihazlar, problem birkaç faktör tarafından aşırı azaltılır:
- [FONT:0) Düşük substrat termal iletkenlik) - standart esnek substratlar insulatörlerdir.
- [FONT:0)Yüksek termal direnç arayüzlerde [Dönetici: 1) Aktif katmanlar ve ısı yayıcılar arasındaki bağlar genellikle fakirdir.
- [FONT:0)Mechanical deformasyon[[[Dönetici: 1 ) - bükme ve germe, o tuzak ısısını oluşturan çatlakları delaminasyon veya çatlaklar yaratabilir.
- [FONT:0]Thin form faktörleri[[[Dönemli: 1) ısı yayılma yapıları için sınırlı hacim.
Katı elektronikten farklı olarak, ısı sürekli metal bir yol üzerinden ısı batabilir ve esnek devreler bu gereksinimleri birçok alternatif olmadan daha iyi karşılamalıdır. Bu nedenle esnek elektronik için termal yönetim materyali olmalıdır.0.termal olarak iletken, mekanik olarak sağlam bir şekilde üretim altında[FLT]. Silver nanoteller bu gereksinimleri birçok alternatiften daha iyi karşılarlar, bu nedenle araştırma odak noktası haline gelir.
Termal Davranışın Mekanikleri Gümüş Nanotels ile Gelişiyor
Percolation Theory and Network Formation
AgNWs bir polimer matrixinde dağılırken, matrixin ısı iletkenliği keskin bir şekilde kritik bir hacimde yükselir - percolasyon eşi. Aşağıda bu eşiği, nanoteller izole edilmiş adalar; ısı düşük iletkenlik ile seyahat etmelidir, böylece genel iletkenlik matrixin o kadar yakın kalır (veya sürekli bir yol yolu hattı) malzemeyi yayarlar ve ısı iletkenliği on veya daha fazla faktör ile yükselebilir.
Percolasyon eşi, yüksek yönlü oranlarda bağlantı kurmak için değişken oranlara bağlıdır. AgNWs için, yüzde 0,5'lik eşler,% 0,5'in altında olduğu gibi, bu, kompozitlerin esnekliğini ve şeffaflığını korumak için çok önemlidir, çünkü düşük yüklemeler mekanik sertleştirme ve optik fındıkları en aza indirir.
Interfacial Termal Direniş
Sürekli metalik bir ağ var olsa bile, ağın termal iletkenliği, nanoteller arasındaki temaslarla sınırlıdır.Her bir kombinasyonda, phonons (ilk ısı taşıyıcıları gümüş tel ve polimer matrisi arasındaki bir yanlış uyumluluğa sahip olabilir) Tüm iki gümüş teller arasında bir araya gelir.Bu nedenle, 1 °T:0)
- PVP kaplamasını kimyasal tedavi veya termal ekaling yoluyla değiştirmek veya değiştirmek.
- Isı, baskı veya lazer pulları iletişim noktalarında telleri bozmak için yorumla.
- Orta nanomalzeme (örneğin, grafikene oksit) köprülerin daha düşük termal direnişle kesiştiği.
Bir AgNW ağının etkili ısı iletkenliğini optimize ederek, kompozitlerde pratik değerler tipik olarak 10-100 W m-1 K-1 aralığında, hala polimer matrixten daha yüksek iki emire yaklaşabilir.
Incorporating Silver Nanotels
Orijinal makale üç ortak teknik listeledi; yeni yaklaşımlarla birlikte burada genişletiyoruz.
- [FONT=0) Polimer matrislerine ([DDDMS veya epoxy) uydurulmuş, o zaman kablolar bir kompozit oluşturabilir. Bu yöntem kesilebilir ve laminatlanmış olan boş yapraklarını dağıtır.
- [FONT:0]Döneticileri baskı için baskı yapar[Döncü: 1) AgNWs, bir çözücü ve binder ile birlikte formüle edilir, sonra ekran baskı, inkjet baskı veya jet baskı ile esnek substratlara bağlanır.Bu teknikler doğrudan termal yol yollarını yazmasına ve yuvarlanma-roll üretimine uygundur.
- [FONT:0]Layered kaplamalar[[Dönetici: 1 ) - Bir dilute AgNW süspansiyonu spreylenmiş, spin-koated veya Mayer-rod bir substrata kapıldı, ince bir percolating film oluşturmak için uygulanabilir. Çoklu katmanlar kalınlığı ve ısı iletkenliği artırmak için uygulanabilir.
- [FONT=0]Electrospinning[[Döntgen: 1) AgNWs bir polimer çözümü ve elektrospun nanofiber matlarına karışır.
- [FONT:0]3D kompozitlerin baskısı[DÜT:1) – AgNWs fotopolimerizable reçineler veya termoplastik filamentler, karmaşık geometrilerle termal yönetim yapıların katkısını sağlar.
Silver Nanotel Termal Yönetim
[FONT=0)[değiştir | kaynağı değiştir]
- [FONT:0) Yüksek termal iletkenlik[[Dönemli: 1), AgNW ağları 100 W m-1 K-1'i aşabilir.
- [FONT:0]Mechanical esnekliği[[Dönetici: 1))[Döneticiler, binlerce bükme döngüsünden sonra bağlantıyı korumak için kaydırılabilir ve yeniden yönlendirilebilir.
- [FONTcal şeffaflık[[Dönemli:0) Optimal şeffaflık[[Dönder: 0:1] - düşük yüklemelerde, AgNW filmleri görünür aralıkta% 90 iletance elde edebilir, onları şeffaf ısıtıcılar ve görüntüler için ideal hale getirir.
- [FONT:0]Scalable sentez[[[Dönetici: 1 ) - poliol işlemi nispeten basit ve küçük nanotellerin kilogramlarını toplu olarak üretebilmek için ölçeklenebilir.
[0]Ticaret ve kısıtlamalar:[Dönem:[Dönem: 1 )
- [FONT=0)Oxidation duyarlılığı[[[D)[[D)] – hava ve nemye maruz kaldığı zaman gümüş tarnishler özellikle yüksek sıcaklıklarda. Kumaş AgNWs ince bir tabaka ile veya Al2O3'ü kullanarak karmaşıklık (ALD) ile karıştırabilir, ancak karmaşıklık sağlar.
- [FONT:0]Stfacial direniş[[[Dönetici: 1) tartışılmakta olan, eklem direnci büyük bir şişenck. Düşük bir kavim direnci genellikle polimer substratını bozabilir.
- [FONT:0]Cost[[DÜT:1) - gümüş karbon bazlı alternatiflerle karşılaştırıldığında pahalıdır, ancak ince filmler için gerekli küçük hacimler maddi maliyetler makul tutar.
- [FONT:0]Köpeklik ve adhesion[[DÜT:1) – spreyli AgNW filmlerinin daha sonraki cihaz tabakalarına müdahale edebileceği yüksek yüzey kabalığı olabilir. substratlara karşı koymak da kötü olabilir.
Diğer Termal Yönetim Malzemeleri ile Karşılaştırmalı Analiz
Silver nanoteller diğer birçok davranışçı dolgularla rekabet eder:
| Material | Thermal Conductivity (W m⁻¹ K⁻¹) | Flexibility | Transparency | Cost |
|---|---|---|---|---|
| Silver nanowires | 10–100 (composite) | Excellent | High (low loading) | Moderate |
| Copper nanowires | 10–80 | Excellent | Moderate | Low (copper is cheaper) |
| Carbon nanotubes (CNTs) | 5–50 (aligned) | Good | Low | Moderate–high |
| Graphene nanosheets | 10–50 (in‐plane) | Good (weak interlayer) | Moderate | Moderate |
| Boron nitride nanosheets | 5–30 | Fair | High | Moderate |
Copper nanoteller doğrudan bir rakiptir, benzer bir yönün ve mekanik özellikleri ile, ancak bakır o oksitler bile gümüşten daha kolay kalır. Karbon nanotüpler ve grafikleren daha düşük yoğunluk sunar ve potansiyel olarak daha düşük maliyetle, ancak termal iletkenliği çok aizotropiktir ve her iki yüksek şeffaflık ve yüksek termal iletkenliği gerektiren uygulamalar için AgNWs en üst performansçı kalır.
Araştırmada Son Gelişmeler
AgNW termal yönetimi alanı hızla ilerliyor. Son gelişmeler şunları içerir:
- [FONT:0]Hierarchical structures[[Dönetici: 1 ) - 30 W m-1 K-1.
- [FONT:0)Kendi kendine özgü kompozitler[Dönetici:0)[Dönetici:0))[Dönetici:0)) Katı iletkenliklerin %90'ını bir kesmeden sonra tekrarlama işlemine tabi olarak, kompozitler mekanik hasarlardan sonra termal yollar iyileştirebilirler.
- [FONT:0]Laser-indüklenen sintering[DÜT:1) – Bir femtosan lazer, büyük substratlar olmadan AgNW kavşaklarını seçici olarak süzdür, altmış filmin esnekliğini korumak için gösterildi.
- [FONT:0]Embedded mikro Kanallar[DÜT:1) - AgNWs mikrofluidic-cooled esnek substratlar halinde termal olarak kullanılmak üzere kullanılmıştır, nanotel ağ üzerinden akan bir sıvı ile aktif ısı çıkarılmasına olanak sağlar.
Sonraki Nesil Esnek Cihazları Uygulamaları
AgNW'lerden gelişmiş termal yönetim birkaç anahtar uygulama sağlar:
- [FONT:0)Bilinçli sağlık monitörleri[[Dönemli: 1) Sürekli sıcaklık algılama ve veri iletimi ısı yaratır; AgNW ısı yayıcılar deri ısısını rahat ve sensör ön uçları stabil tutar.
- [FONT:0]Foldable telefonlar) - menajer bölge deneyimleri tekrarlanan sular; bir AgNW-polimer kompozit, işlemciden şasiye kadar ısıyı yaymaya bağlı olabilir, sıcak noktalardan kaçın.
- [FONT=0]Flexible ekranlar[[Dönetici: 1) Organik ışık, diyot (OLED) pikseller sıcaklık hassastır. - Bir şeffaf AgNW katmanı hem elektrot hem de ısı yayıcı olarak çalışır, parlak üniformayı geliştirir.
- [FONT:0]Thermoelektrik jeneratörleri [Döntgen: 1) Flex termoelektrikler vücut ısısını hasat edebilir; AgNWs aynı anda cihazın sıcak tarafına ısıtırken düşük ücretli bir elektrik bağlantı sağlar.
- [FONT:0) Akıllı ambalaj[[DÜT:1] – AgNW-coated filmleri tüketici ürünlerinde esnek devreler için ısıtılabilir, termal olarak iletken laminatlar olarak kullanılabilir.
Meydanlar ve Gelecek Yollar
Önemli ilerlemeye rağmen, birkaç engel AgNW termal yönetimi daha fazla fikre bağlı olacaktır.ETHFLT:0)Uzun vadeli güvenilirlik) Çevrimsel bükme ve nem altında, sağlam iletkenlik değerleri için bildirilen, AgNW optik azaltımı) için bildirilen ısıtılabilirlik işlemine ve verimine bağlı olarak değişir.
Future yönler şunları içerir:
- Kristal kabuk nanotelleri geliştirmek (örneğin Ni@Ag) iletkenliği korumak için gümüş kullanımı azaltmak.
- AgNW ağlarını aktif soğutma sistemlerine entegre etmek, örneğin elektrocaloric veya magnetocaloric soğutucular gibi pompa ısıyı uzak tutar.
- Ağ morfolojinin makine öğrenimi optimizasyonu - verilen bir termal gereksinimi için en iyi tel uzunluğu, çapında ve eklem yoğunluğu tahmin etmek için algoritmalar.
- Biyodegradable AgNW, geçici elektronik için kompozitler, cihazın kullanımdan sonra çözüldüğünü ve gümüşin kurtarıldığını veya zararsız bir şekilde dağıldığını.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Silver nanoteller, sert ısı battılarına güvenemeyen cihazlar için çok yönlü ve etkili bir çözüm olduğunu kanıtlamışlardır.Aksiyel direnç, yüzeysel ısı iletkenliği, mekanik esneklik ve düşük percolasyon eşi, bu sorunları kontrol etmek için ideal bir şekilde ele alır.