Con el desarrollo de la industria electrónica, los componentes electrónicos y los circuitos integrados tienden a ser densos y miniaturizados, y el "calor" se ha convertido en el principal enemigo del funcionamiento de los aparatos eléctricos. Para evitar en la mayor medida posibles fallos eléctricos provocados por una mala disipación de calor, generalmente se aplica gel de sílice termoconductor a la superficie de contacto entre el elemento calefactor del producto electrónico y la instalación de disipación de calor.
El gel de sílice termoconductor es un producto que tiene un cierto grado de flexibilidad, excelente aislamiento, compresibilidad y viscosidad natural en la superficie, especialmente producido para el diseño de usar el gap para transferir calor. Además de llenar el espacio y completar la transferencia de calor entre la parte de calentamiento y la parte de disipación de calor, también desempeña el papel de aislamiento y absorción de impactos, cumpliendo con los requisitos de diseño de miniaturización y ultradelgadez del equipo, y el grosor es aplicable a una amplia gama, por lo que es un tipo de materiales de relleno de conductividad térmica extremadamente buena que se utilizan ampliamente en productos electrónicos y eléctricos.
Sin embargo, el gel de sílice común es un mal conductor del calor, por lo que es necesario agregar rellenos térmicamente conductores adecuados para mejorar su conductividad térmica. Entre los rellenos en polvo aislantes inorgánicos no metálicos térmicamente conductores, la alúmina no solo tiene buenas propiedades aislantes, sino que también su conductividad térmica no es baja (la conductividad térmica a temperatura ambiente es de 30 W / m · K), con varias ventajas, se ha convertido en uno de los rellenos termoconductores más utilizados.
Sin embargo, se dice que la conductividad térmica es buena. De hecho, todavía está muy lejos de ser "buena" (por ejemplo, la conductividad térmica del nitruro de aluminio es 150W / m · K, que es al menos cinco veces mayor) El mejor lugar para la alúmina debería ser Es rentable. Para no perder esta ventaja, y al mismo tiempo mejorar las ventajas de aplicación de la alúmina, es necesario encontrar formas de mejorar la conductividad térmica del gel de sílice bajo la premisa de la misma materia prima. Hay dos opciones principales, una es que el relleno puede formar una cadena conductora de calor o una red conductora de calor en la matriz; la otra es mejorar la conductividad térmica del relleno de alúmina en sí.
1. La formación de la red térmica.
Según la termodinámica, la conducción de calor es la transferencia de energía térmica en forma de energía vibratoria, es decir, la colisión y transferencia de partículas microscópicas dentro de la sustancia. Dado que el gel de sílice es un material polimérico compuesto de eslabones de cadena polares asimétricos, toda la cadena molecular no puede moverse con total libertad y solo puede producirse la vibración de átomos, grupos o eslabones de cadena, por lo que la conductividad térmica es muy baja y es una mala conductor de calor., Solo rellenando rellenos de alta conductividad térmica para aumentar la conductividad térmica del material.
Cuando la cantidad de carga añadida es pequeña, la distribución de la carga en la matriz de gel de sílice es aproximadamente en forma de islas y la conductividad térmica no mejora mucho en este momento. Para mejorar la conductividad térmica del gel de sílice aislante térmicamente conductor, debe aumentarse la cantidad de alúmina cargada en el gel de sílice, de modo que las partículas de alúmina formen un canal de conducción térmica dentro del material. Sin embargo, aumentar ciegamente la cantidad de relleno de alúmina afectará el rendimiento del proceso del sistema de gel de sílice y el rendimiento del producto. En términos generales, cuando se introduce alúmina en el material conductor térmico, la resistencia a la tracción del material conductor térmico aumentará con el aumento de la cantidad de relleno. Y la dureza aumenta gradualmente, mientras que la flexibilidad del material se deteriora gradualmente y su alargamiento a la rotura continúa disminuyendo. Esto se debe a que la alúmina se llena en el compuesto polimérico y el polvo de alúmina fortalece la matriz .
Por lo tanto, al preparar materiales de gel de sílice aislante de alta conductividad térmica, no se puede simplemente confiar en aumentar la cantidad de relleno para aumentar la conductividad térmica, porque el gel de sílice aislante térmicamente conductor no solo requiere la conductividad térmica del material, sino que también tiene requisitos de viscosidad y compresibilidad. y flexibilidad. Si desea mejorar aún más la conductividad térmica del material de gel de sílice termoconductor, debe mejorar el rendimiento del relleno de alúmina en sí. Además, el uso de rellenos conductores térmicos de diferentes tamaños y formas de partículas y diferentes tipos de rellenos conductores térmicos también puede aprovechar las características de varios rellenos, mejorar la conductividad térmica del material y reducir costes.
Para la sílice térmica, la viscosidad, la compresibilidad y la flexibilidad también son importantes.
2. Mejorar la conductividad térmica de la propia alúmina
Para aumentar la conductividad térmica de la propia alúmina, se debe mejorar la cristalinidad y densidad de los cristales. Por lo tanto, la carga de alúmina debe tener un alto contenido en fase α. Esto se debe a que la alúmina en fase α tiene una estructura hexagonal, que es la más importante de las variantes de alúmina Estructura densa. Además, la nano-alúmina de fase α también tiene las características de alta dureza, alta resistencia, resistencia al calor, resistencia a la corrosión, etc., y su preparación tiene una variedad de rutas de proceso, principalmente utilizando las siguientes:
1. Pirólisis química
Los métodos de pirólisis química incluyen el método de pirólisis de amonio y alumbre, el método de pirólisis de carbonato de amonio y aluminio y el método de pirólisis por pulverización.
① El método de pirólisis de alumbre de amonio utiliza una solución de sulfato de amonio y aluminio para reaccionar con el sulfato de amonio para preparar alumbre de amonio, que luego se calienta para descomponerse en nano-alúmina. El proceso es simple, pero el ciclo de producción es largo y es difícil lograr grandes -escala;
②El método de pirólisis de amonio y alumbre se mejoró para formar el método de pirólisis de carbonato de amonio y aluminio. En la actualidad, se ha informado que el alumbre de amonio y el bicarbonato de amonio se hacen reaccionar para preparar la precipitación del precursor de dawsonita de amonio y luego se queman a 1200 ° C para producir polvo de alúmina con un tamaño de partícula de 15 nm;
③ El método de pirólisis por aspersión consiste en rociar la solución de sal metálica en una atmósfera de alta temperatura en forma de niebla, de modo que el agua en ella se evapore, la sal metálica se descomponga térmicamente, la fase sólida se precipite y el polvo cerámico de nanoalúmina se prepara directamente.
2. Método de cristalización amorfa
Este método consiste principalmente en cristalizar el compuesto amorfo después del recocido. Este método puede producir nanomateriales con una composición precisa y no necesita someterse a un proceso de moldeo, y la nanoalúmina se puede preparar directamente a partir de un estado amorfo. La plasticidad de los materiales nanoestructurados producidos por este método es muy sensible al tamaño de los granos de cristal. Solo cuando el tamaño de partícula es pequeño, la plasticidad es mejor, de lo contrario el material se vuelve muy quebradizo. Este método tiene equipo y tecnología simples, alto rendimiento, bajo costo y poca contaminación ambiental, pero el producto tiene una distribución desigual del tamaño de partículas y es fácil de aglomerar.
3. Método sol-gel
Este método se utiliza ampliamente en la preparación de nanopolvos de óxido. El proceso químico consiste en hidrolizar las materias primas para generar monómeros activos, luego polimerizarlos en soles, luego generar geles con cierta estructura, y finalmente secarlos y tratarlos térmicamente para obtener nanopartículas. La reacción completa es: proceso de estado molecular-polímero-sol-gel-cristalino (o amorfo).
El método sol-gel tiene baja temperatura de reacción, forma de cristal de producto controlable y tamaño de partícula, alta uniformidad de partícula, alta pureza, fácil control del proceso de reacción, pocas reacciones secundarias, pero el problema de la aglomeración del producto es significativo y cuando los materiales orgánicos son utilizado como materia prima, la toxicidad es alta y el precio es alto.
4. Método de precipitación en fase líquida
El método de precipitación en fase líquida consiste en precipitar los ingredientes activos en las materias primas a través de una reacción química en el estado de una solución, y luego filtrar, lavar, secar y descomponer térmicamente para preparar nanopartículas. Incluye método de precipitación directa, método de co-precipitación y método de precipitación homogénea.
① El método de precipitación directa consiste en preparar nanopartículas a partir de la solución a través de la reacción de precipitación;
② El método de coprecipitación consiste en agregar el precipitante a la solución de sal de metal mixto para mezclar y precipitar los componentes, y luego se descomponen por calentamiento para obtener partículas ultrafinas;
③El método de precipitación uniforme es un método en el que el material que se hidroliza fácilmente lentamente se utiliza como agente de precipitación, y la tasa de crecimiento de las partículas se controla mediante la tasa de hidrólisis para obtener nanopartículas. Puede reducir la aglomeración, el tamaño del producto es uniforme, la distribución del tamaño de partícula es estrecha y la pureza es alta.
El método de precipitación tiene una operación simple, flujo de proceso corto y bajo costo, pero la reacción se controla fácilmente por los componentes de la solución, concentración, temperatura, tiempo, etc., y no es fácil formar partículas dispersas. Sin embargo, en los últimos años, mediante la introducción de procesos de liofilización, secado azeotrópico, secado supercrítico y otros procesos, se ha resuelto eficazmente el problema de la aglomeración dura y se pueden producir nanopartículas de alta calidad.
5. Método de microemulsión de micelas inversas
En este método, una de las dos soluciones inmiscibles se dispersa en la otra fase (fase oleosa) en forma de gotitas diminutas (fase acuosa) para formar una microemulsión (tipo w / o), y la fase acuosa se utiliza como oxidación. En el microrreactor generado por el compuesto o hidróxido, se produce la reacción de precipitación y luego se obtiene el polvo de nanoalúmina mediante lavado, secado y calcinación.
El método de microemulsión de micelas inversas es simple de operar, y el tamaño de partícula se puede controlar cambiando los componentes de la materia prima, y la distribución del tamaño de partícula es estrecha. El polvo de compuesto inorgánico multifásico uniforme producido es de gran importancia para la producción de materiales cerámicos funcionales . Sin embargo, las partículas de producto son demasiado finas, lo que aumenta la dificultad del proceso de separación posterior.
6. Método de evaporación de solventes
En este método, la solución de sal metálica se convierte en gotitas diminutas, el disolvente se evapora rápidamente y el soluto se precipita en nanopartículas. Los métodos de evaporación de solventes incluyen secado directo, secado por aspersión, liofilización y secado supercrítico.
①El método de secado tiene baja eficiencia ácida y mala calidad, y su aplicación es limitada;
②El método de secado por aspersión utiliza nitrato de aluminio y carbonato de amonio y aluminio como materias primas, y la operación es simple, pero el nitrato de aluminio libera óxidos de nitrógeno, que pueden contaminar el medio ambiente;
③El método de liofilización tiene una buena uniformidad del producto, pero el costo es alto;
④La tecnología de secado de fluidos supercríticos utiliza nitrato de aluminio como materia prima, y la alúmina producida en el sistema de sal inorgánica-solvente orgánico tiene un tamaño de partícula pequeño, un tamaño de poro grande, baja densidad, alta energía superficial y un gran potencial de aplicación del producto.
Además, la morfología de la alúmina también tiene diversos grados de influencia sobre la conductividad térmica. De acuerdo con diferentes controles de combustión, la morfología cristalina de la alúmina puede mostrar morfología esférica (cuasi esférica) en forma de gusano, en escamas, etc. -esférico).) Principalmente. También hay algunas instituciones de investigación que utilizan alúmina en escamas para fabricar materiales compuestos de caucho de silicona aislante de alta conductividad térmica.
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Alúmina esférica y alúmina en escamas
En resumen, como alúmina de carga para gel de sílice aislante térmicamente conductor, su morfología cristalina y distribución del tamaño de partícula tendrán un gran impacto en la conductividad térmica del material de gel de sílice aislante térmicamente conductor y el rendimiento del producto. Por lo tanto, para mejorar la conductividad térmica de los materiales compuestos, controlar los indicadores de rendimiento de la alúmina es una tarea muy crítica.
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