Af hverju er hitaleiðni kolefnisnanoröra svo mikil?

Í hringjum varmastjórnunar og hitaleiðni flísar hafa kolefnis nanórör lengi verið litið á sem „útvalda“ til að rjúfa pattstöðuna. Hins vegar eru margir verkfræðingar hissa þegar þeir nota þær í raun og veru til að búa til hitaleiðandi fitu eða púða: hvernig geta hin ótrúlegu gögn um 3000 W/mK sem finnast í bókmenntum leitt til minna en 10 W/mK í eigin höndum? Jafnvel meira pirrandi er mikill munur á hitauppstreymi á milli tveggja enda sömu rörsins. Hvers vegna er varmaleiðni kolefnis nanóröra svona mikil? Af hverju er munurinn á ás- og geislastefnu svona mikill? Þetta er alls ekki einfalt efnisatriði, heldur felur í sér undirliggjandi rökfræði skammtabundinnar og hljóðneðlisfræði. Í dag munum við leggja til hliðar áberandi hugtök og nota harðkjarnagögn til að sýna algjörlega varmaleiðnikort CNT.

1. Uppspretta varmaleiðni: Hvernig ná kolefni nanórör fullkomnum hitaflutningi?

Mjög mikil varmaleiðni kolefnis nanóröra er upprunnin frá fullkomnu sp² blendings samgilda tengineti þeirra, sem gerir kleift að senda varma með ballistic phonon flutningi með nánast ekkert dreifingartapi á smásjárkvarða.

Málmar treysta á frjálsar rafeindir fyrir varmaleiðni, en kolefni nanórör reiða sig á hljóðleiðni (hitaflutningur titrings í grindar). Hvers vegna er varmaleiðni kolefnis nanóröra svona mikil? Kjarninn liggur í fullkominni grafenplöturúllubyggingu þeirra sem myndast af afar stífum kolefnistengjum-. Þegar hljóðbylgjur (magnaðar grindar titringsbylgjur) dreifast meðfram einum rörvegg án nokkurra kornamarka, tilfærslna eða óhreininda, er meðallaus leið þeirra afar löng (upp að míkróna mælikvarða). Þessi dreifandi-lausi „ballistic flutningur“ gerir það að verkum að hitaviðnám nálgast núllið, sem gefur þeim innri hitaleiðnimörk sem fara yfir demant og silfur.

2. Anisotropy: Hvers vegna er munurinn á ás- og geislastefnu svo mikill?

Mikill munur á axial og radial varmaleiðni stafar í grundvallaratriðum af mikilli ósamhverfu hljóðkerfisþéttleika ástands í mismunandi víddum af völdum einvíddar skammtabundinnar áhrifa, og þeirri staðreynd að geislamyndastefnan byggir aðeins á afar veikum van der Waals kraftum.

Þetta er punktur sem margir eiga erfitt með að skilja: fyrir sama rör, hvers vegna er munurinn svona mikill? Í ásstefnu fljúga hljóðnemar á miklum hraða meðfram samfelldu sp² samgildu tengjunum án hindrunar. Í geislastefnu (í gegnum rörvegginn) eru hvorki sterk samgild tengi sem tengja aðliggjandi kolefnislög né samsvarandi hljóðstillingar. Radial varmaflutningur getur aðeins reitt sig á afar veika van der Waals millilagskrafta (svipað og rennaflötin milli grafítlaga). Þegar hljóðvarpar dreifast yfir lög, þjást þeir af alvarlegri hljóðdreifingu og ósamræmi í ham sem veldur því að hitauppstreymi eykst veldisvísis. Þetta er eins og munurinn á þjóðvegi (axial) og aurmýrri (radial).

3. Samanburður við kopar/kísill: Hverjir verða fyrir áhrifum á nanóskala?

Ólíkt kopar og sílikoni, sem reiða sig á rafeindaflutninga fyrir varmaleiðni, sýna kolefnisnanorör, með hljóðleiðarbúnaði þeirra sem er -ráðandi, yfirburða-áhrifaviðnám og einangrandi há-varma-leiðnieiginleika á nanóskala.

Hvers vegna er varmaleiðni kolefnis nanóröra svona mikil? Kosturinn kemur betur í ljós í samanburði við hefðbundin efni. Varmaleiðni kopars og sílikons er mjög háð rafeindum. Þegar línubreiddin minnkar í nanóskala samtenginga flísa dreifast rafeindir kröftuglega á yfirborð og kornamörk (stærðaráhrif), sem veldur því að varmaleiðni kopars lækkar um meira en 50%. Hins vegar er kjölfestuhljóðflutningur CNTs afar ónæmur fyrir stærðum á nanóskala og viðheldur ofur-hári hitaleiðni jafnvel undir 10 nm. Á sama tíma eru CNT annað hvort rafeinangrandi (hálfleiðandi rör) eða lágt-viðnám, sem gerir "einangrandi háa hitaleiðni" - eitthvað sem kísill og kopar geta alls ekki náð.

4. Stórsjárvandamál: Hvers vegna fellur mæld hitaleiðni þín alltaf langt?

Hið mikla lækkun á varmaleiðni kolefnisnanoröra í stórsæjum samsettum efnum stafar af mikilli snertiviðnám milli -röra (Kapitza-viðnám) sem hindrar flutningsleið fónóna verulega.

Kenningin er afar sterk en raunveruleikinn afar veikburða. Eitt rör hefur axial varmaleiðni upp á 3000 W/mK, en að bæta 5% við plast getur aðeins leitt til heildarvarmaleiðni upp á 1,5 W/mK. Hvers vegna? Vegna þess að varmi sem dreifist í gegnum fylkið verður að hoppa úr einu röri í annað. Þetta ferli að fara yfir milli-röraeyður og veikt van der Waals tengi framkallar mjög mikla Kapitza viðnám. Hljóðnemar endurkastast um leið og þeir ná til viðmótsins og ná alls ekki að senda í gegn. Ef CNT eru enn þétt þétt í fylkinu, hefur hiti ekki einu sinni möguleika á að komast inn í rörin og þyrpingarnar verða varma einangrunarveggir.

5. Bylting framleiðanda: Hvernig skilar Shandong Tanfeng fullkominni hitaleiðnimöguleika CNTs?

Að treysta á upprunaframleiðanda eins og Shandong Tanfeng sem hefur vald á kjarnatækninni um há-hlutfallsaðlögun-hlutfalls og-situ de-flækju er lykilleiðin til að fara yfir hitaviðnámshindrun milli-röra og átta sig á fullkominni varmaleiðni kolefnisnanoleiðni.

Þar sem grunnorsökin liggur í hitaþoli og þéttingu milli andlita, er lausnin „færri skörun, meiri dreifing“. Sem faglegur CNT framleiðandi opnar Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. hitaleiðnirásirnar fyrir þig frá myndun enda:

Ofur-Hátt myndhlutfall dregur úr hitauppstreymi: Each time heat flow passes through a tube-end interface, half the energy is lost. Through precise catalysis, Shandong Tanfeng mass-produces high-quality CNTs with aspect ratios >1500. Því lengri sem slöngurnar eru, því færri skörunarhnútar og tap á hljóðeiningum sem fara yfir tengi minnkar veldisvísis og byggir upp lengsta-varmaleiðaranetið með fæstum skörunarpunktum.

In-Situ De-Entanglement fjarlægir dauð svæði með hitaeinangrun:Shandong Tanfeng miðar að varmaeinangrunarveggjum af völdum þéttingar, og notar sérstakt kraftmikið loftflæði í-situ de-flækjutækni. Duftið er dúnkennt og auðvelt að bleyta, sem gerir einni -túpu kleift að dreifa sér við litla klippingu niðurstreymis, útilokar algjörlega dauða svæði frá varmaeinangrun og leyfir fónónum að fara beint í gegnum.

Sérsniðin yfirborðsbreyting og líma:Til að draga enn frekar úr hitamótstöðu milliflata á milli CNT og plastefnisfylkis, býður Shandong Tanfeng upp á yfirborðsvirknihópa sérsniðna og -fast-innihaldsmikið for-dreift deig. Með efnatengingu „mjúkri lendingu“ eru hljóðnemar fluttir óaðfinnanlega frá fylkinu yfir á CNT þjóðveginn. Mældar niðurstöður sýna að hægt er að bæta hitaleiðni pottefna/hitafitu um meira en 300%.

Niðurstaða

Aftur að kjarna spurningum: hvers vegna er hitaleiðnikolefnis nanórörsvona hátt? Af hverju er munurinn á ás- og geislastefnu svona mikill? Þetta er eðlisfræðilegt kraftaverk sem er smíðað með flutningi kjarnahljóðnema og ein-víddar skammtageymslur sem vinna saman. Hraðbrautin með axial samgildum tengingum og geislamyndaður van der Waals leðjumýri mynda öfgakennda anisotropy hans. Slæm frammistaða í stórsæjum forritum er ekki vegna þess að CNTs eru ófullnægjandi, heldur vegna þess að hitaviðnám milli -röranna slítur fónónferilinn. Með því að viðurkenna þennan veruleika og treysta á háa-hluti-hlutfallsins,-situ de-flækju og viðmótsbreytingatækni frá upprunaframleiðanda eins og Shandong Tanfeng, getur það hjálpað þér að fara yfir bilið frá smásæjum til stórsæja, sem gerir kolefnisnanorör að fullkomnu sviði vopnastjórnunar.