I. Aluminium vs diamant
Med intåget av AI-datorkraftseran måste traditionella värmelednings- och avledningslösningar snabbt övervinna flaskhalsar-Metalliskt aluminium har en värmeledningsförmåga på cirka 240 W/(m·K), betydligt högre än de flesta keramiska material. Sfäriskt aluminiumpulver kan användas som ett fyllmedel i termiska fetter, termiska kuddar eller fas{3}}material, applicerat mellan spån och metallkylflänsar i scenarier där elektrisk isolering inte krävs eller kan uppnås genom strukturell design. Diamant, å andra sidan, sticker ut på grund av sin exceptionella värmeledningsförmåga (cirka 2000 W/(m·K) för enkristaller vid rumstemperatur) och låga värmeutvidgningskoefficient (CTE). Det betraktas inte bara som en viktig forskningsinriktning utan har också utvecklats och tillämpats i olika produkter, inklusive koppar (aluminium)/diamantkompositer, kiselkarbid/diamantkompositer, CVD-tunnfilmsmaterial, nanopartikelbeläggningar och TIM-material som innehåller diamantmikropulver.
II. Problemanalys och lösningar
En introduktion till formeln "R=BLT / (λ × A)" behövs. Här representerar R termiskt motstånd, BLT (Bond Line Thickness) är bindningslinjens tjocklek, λ är materialets värmeledningsförmåga och A är kontaktytan. Denna formel visar intuitivt att värmeresistans, som ett mått på ett materials förmåga att hindra värmeflöde, är omvänt proportionell mot värmeledningsförmåga. BLT kan lätt förstås som längden på värmeledningsvägen, som är direkt proportionell mot värmeresistansen och därför omvänt proportionell mot värmeledningsförmågan.
Utan tvekan har diamant en högre värmeledningsförmåga λ än aluminium. Men i praktiken "begränsar den betydande ökningen av viskositeten hos silikonfett fyllningsmängden diamantpulver." Forskare, ingenjörer och tekniker inom pulverindustrin är säkerligen bekanta med de utmaningar som Liu står inför. Vanliga lösningar inkluderar:
1, Ytbeläggningsbehandling för att minska partikelinteraktioner och förbättra kompatibiliteten mellan fyllmedlet och matrisen, vilket tar itu med problem som hög ytenergi som orsakar lätt agglomerering.
2, Justera partikelmorfologi och partikelstorleksfördelning. Sfäriska eller sfäriska pulver ger bättre flytbarhet och lägre viskositet. Genom att kombinera partiklar av olika storlekar kan mindre partiklar fylla mellanrummen mellan större och bilda ett tätare och mer effektivt värmeledande nätverk med samma eller till och med lägre total volymfraktion.
3, Optimera dispersionsprocesser eller använda tillsatser för att säkerställa att fyllmedelspulvret är helt och jämnt dispergerat, vilket undviker lokala diskontinuiteter som kan äventyra den totala prestandan.
Utöver dessa metoder involverar konstruktionen och optimeringen av termiskt ledande strukturer mer komplexa och mångsidiga materialval och kombinationsstrategier. Till exempel har enkla-stora partiklar en väl-ordnad struktur med nästan inga defekta korngränser, vilket minimerar fononspridning och tillåter värme att överföras obehindrat genom kristallgittret. Ett annat exempel är polyedriska partiklar, som kan uppnå "ansikte-till-kontakt" mellan kristallplan, i motsats till "punkt-till-punktkontakt" för sfäriska partiklar, vilket avsevärt ökar värmeöverföringsytan. Dessutom kan multi-komponent- eller multi{10}}morfologiska synergier användas, som att använda flingor eller stavar (med höga bildförhållanden) gjorda av samma eller olika material för att konstruera mer effektiva värmeledande nätverk.