Những tiến bộ mới trong vật liệu giao diện nhiệt nâng cao hiệu quả làm mát điện tử

Trang Chủ » Những tiến bộ mới trong vật liệu giao diện nhiệt nâng cao hiệu quả làm mát điện tử

Những tiến bộ mới trong vật liệu giao diện nhiệt nâng cao hiệu quả làm mát điện tử-Vật liệu giao diện nhiệt đóng vai trò quan trọng trong các thiết bị điện tử hiện đại, với vai trò tập trung vào việc tối ưu hóa quản lý nhiệt và cải thiện hiệu suất, độ tin cậy và tuổi thọ của thiết bị. Khi các thiết bị điện tử tiếp tục phát triển và tăng cường chức năng, lượng nhiệt sinh ra sẽ tăng nhanh, khiến việc quản lý nhiệt hiệu quả trở nên đặc biệt quan trọng.

XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA VẬT LIỆU GIAO DIỆN NHIỆT THẾ HỆ MỚI

Xu hướng phát triển của vật liệu giao diện nhiệt thế hệ mới-Vật liệu giao diện nhiệt, còn được gọi là vật liệu lấp đầy giao diện, được sử dụng để lấp đầy bề mặt tiếp xúc có thể tạo ra các khoảng trống hoặc lỗ hổng nhằm loại bỏ không khí giữa các linh kiện điện tử và tản nhiệt trong thiết bị điện tử nhằm nâng cao hiệu suất nhiệt của thiết bị. Khi các chức năng của các thiết bị điện tử dần trở nên phong phú hơn, phiên bản về mức tiêu thụ điện năng làm việc và sinh nhiệt của các thiết bị điện tử tăng lên đáng kể cũng trở nên lớn hơn; làm thế nào để cải thiện hiệu suất nhiệt của các thiết bị điện tử đã trở thành một yếu tố thiết yếu trong giai đoạn thiết kế.

Với sự phát triển của ngành công nghiệp, các vật liệu giao diện nhiệt từ sự phát triển ban đầu của mỡ nhiệt là các miếng đệm dẫn nhiệt, vật liệu ảnh, gel nhiệt, băng nhiệt và kim loại lỏng, và các loại khác. Mặc dù thị phần của vật liệu giao diện nhiệt kim loại lỏng tương đối nhỏ, nhưng yêu cầu này đang nhanh chóng mở rộng do cường độ năng suất thấp và đặc tính lưu động cao. Trong số đó, mỡ nhiệt động dòng chảy có thị phần lớn nhất vì động lực dòng chảy của nó tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hóa quá trình tạo và khả năng chịu nhiệt thấp.

ĐỘT PHÁ VẬT LIỆU DẪN NHIỆT CAO

Trong nghiên cứu công nghệ, Hoa Kỳ, Nhật Bản, Hàn Quốc và các quốc gia khác đã tiến hành các nghiên cứu sâu rộng và chuyên sâu về việc chuẩn bị và thực hiện các vật liệu giao diện dẫn nhiệt cao. Từ năm 2008, Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Quốc phòng Hoa Kỳ đã khởi động các dự án công nghệ quản lý nhiệt, trong khi các tổ chức nổi tiếng TriQuint, BAE và các viện nghiên cứu khác cũng đã tìm ra thử nghiệm tản nhiệt vật liệu có giao diện dẫn nhiệt cao, đánh giá công nghệ và các công việc nghiên cứu khác.

Vật liệu giao diện nhiệt có độ dẫn nhiệt cao, dễ biến dạng, có thể làm giảm hiệu quả khả năng chịu nhiệt bề mặt của vật liệu, chủ yếu bao gồm các loại chất sau: lipid, gel, vật liệu thay đổi pha và vật liệu hàn.

Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, các vật liệu giao diện nhiệt dựa trên carbon liên quan đến graphene và ống nano carbon ngày càng được chú ý nhiều hơn. Ống nano cacbon có những ưu điểm vượt trội như tính dẫn nhiệt cao dọc trục, tính dị hướng về tính dẫn nhiệt, hệ số giãn nở nhiệt trong mặt phẳng hướng tâm thấp, nhẹ, có khả năng chống lão hóa và oxy hóa,… và có tiềm năng ứng dụng rất lớn. như một vật liệu giao diện nhiệt. Ống nano carbon có cấu trúc ổn định, cung cấp hệ thống hỗ trợ graphene tuyệt vời. Ngược lại, tính linh hoạt tốt của graphene được sử dụng để lấp đầy khoảng trống giữa các ống nano carbon, tạo thành cấu trúc mạng lưới nanomet carbon mạch lạc được kết nối để cả hai có thể có khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời, đồng thời cấu trúc khung máy bay và tính chất hóa lý của cả hai đều giống nhau. hoàn hảo để bổ sung cho nhau. Người ta đã chứng minh rằng khi phần khối lượng của ống nano graphene và carbon lần lượt là 1.5% và 0.5% thì độ dẫn nhiệt của vật liệu đạt tối đa 2.26Wm-1-K-1.

TÁC ĐỘNG CỦA TÍNH BỀN VỮNG VÀ CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG

Một trong những mục tiêu cốt lõi của thế hệ vật liệu giao diện nhiệt mới là giảm tác động đến môi trường và mang lại sự bền vững cho ngành trong tương lai. Do đó, quy trình sản xuất vật liệu giao diện nhiệt chú ý nhiều hơn đến việc tạo ra chất thải và giảm tiêu thụ tài nguyên. Kỹ thuật sản xuất xanh được sử dụng để đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải. Thứ hai, việc thiết kế vật liệu mới chú trọng đến độ ổn định cao và độ bền cơ bắp, giảm tần suất thay thế nhằm giảm lãng phí tài nguyên. Thế hệ vật liệu giao diện nhiệt mới có thể cải thiện hiệu suất trong quá trình sử dụng để giảm thiểu mức tiêu thụ thiết bị và tác động tiêu cực đến môi trường. Cuối cùng, khả năng tái chế của vật liệu đã được tăng cường đáng kể, hiện thực hóa mục đích của nền kinh tế tuần hoàn.

Kết hợp với những điều trên, thế hệ vật liệu giao diện nhiệt mới cam kết giảm tác động đến môi trường thông qua quá trình sản xuất, sử dụng và tái chế. Nó có hiệu suất vượt trội về hiệu quả năng lượng, sử dụng tài nguyên, giảm chất thải và an toàn môi trường. Với sự tiến bộ và phát triển không ngừng của công nghệ, thế hệ vật liệu giao diện nhiệt mới dự kiến sẽ đóng góp đáng kể hơn cho các ứng dụng tiếp theo.

THÁCH THỨC ĐỐI VỚI CÔNG NGHỆ NHIỆT TRONG KỶ NGUYÊN 5G

Kể từ khi công nghệ 5G được phổ biến vào năm 2022, sức mạnh, độ mỏng và trí thông minh của các sản phẩm điện tử tiêu dùng đã phát triển nhanh chóng. Tuy nhiên, do sự gia tăng nhanh chóng của các chỉ số này, mức tiêu thụ năng lượng làm việc và sinh nhiệt cũng tăng lên đáng kể. Theo dữ liệu nghiên cứu, hư hỏng vật liệu do nồng độ nhiệt chiếm từ 65% đến 80% tổng tỷ lệ hư hỏng. Do đó, để tránh hư hỏng thiết bị do quá nhiệt, quản lý tản nhiệt đã trở thành một dự án không thể thiếu đối với các linh kiện điện tử, từ đó đặt ra yêu cầu cao hơn về hiệu suất của vật liệu giao diện nhiệt.

Điện thoại di động truyền thống, vật liệu tản nhiệt, dựa trên các vật liệu giao diện nhiệt như tấm than chì và gel nhiệt. Tuy nhiên, độ dẫn nhiệt thấp và độ dày lớn của tấm than chì có thể thuận lợi hơn cho việc điều chỉnh các sản phẩm mới. Do đó, ống dẫn nhiệt và VC (tấm trung bình nhiệt) đã bắt đầu thâm nhập vào các thiết bị đầu cuối điện thoại thông minh từ máy tính và máy chủ, đồng thời vật liệu graphene cũng bắt đầu được ứng dụng trên quy mô lớn. So với các tấm than chì, VC và graphene có độ dẫn nhiệt cao và độ dày thấp, là những vật liệu tản nhiệt hiệu suất tốt hơn.

TRIỂN VỌNG VẬT LIỆU GIAO DIỆN NHIỆT

Theo BCC Research, quy mô thị trường vật liệu giao diện nhiệt toàn cầu là 764 triệu USD vào năm 2015 và dự kiến sẽ đạt 1.1 tỷ USD vào năm 2020, với tốc độ CAGR là 7.4%. Vật liệu giao diện nhiệt dựa trên polymer truyền thống chiếm tỷ trọng lớn nhất trong tất cả các sản phẩm, gần 90%. Sự thay đổi pha và vật liệu giao diện nhiệt dựa trên kim loại chiếm tỷ trọng nhỏ hơn nhưng tăng dần.

Sự phát triển của lĩnh vực được thể hiện bởi mạng truyền thông (5G), điện tử ô tô (năng lượng mới), trí tuệ nhân tạo, đèn LED, v.v. đã thúc đẩy sự phát triển của các ngành liên quan. Đầu tiên, nhu cầu về trạm gốc và thiết bị trạm gốc tương ứng đang tăng lên nhanh chóng. Nhu cầu về vật liệu giao diện dẫn nhiệt cũng tăng nhanh, tiếp theo là các ứng dụng Internet of Things, ngoài điện thoại di động, máy tính và ngành điện tử khác, mà còn mở rộng sang ô tô, thiết bị gia dụng, thiết bị đeo thông minh và thiết bị công nghiệp , mà còn trực tiếp kéo theo nhu cầu về vật liệu dẫn nhiệt và các thiết bị liên quan. Cuối cùng là ngành sản xuất thiết bị liên lạc dựa trên chất xúc tác 5G, điều này sẽ mang lại nhu cầu lớn về vật liệu dẫn nhiệt, vật liệu che chắn EMI và các sản phẩm khác.

TÓM TẮT

Với thiết bị điện tử và hiệu suất của động cơ đẩy, tản nhiệt ngày càng được ngành công nghiệp chú ý nhiều hơn và nghiên cứu vật liệu giao diện nhiệt liên quan cũng ngày càng tăng. Từ mỡ silicon dẫn nhiệt ban đầu đến việc mở rộng vật liệu giao diện nhiệt kim loại lỏng, việc cải thiện hiệu suất nhiệt mang lại cơ hội đột phá.

Bối cảnh ngành về tính bền vững và bảo vệ môi trường đặt ra những thách thức mới cho thế hệ vật liệu giao diện nhiệt mới, đóng vai trò tích cực trong việc cải thiện sản phẩm và hiệu suất thông qua thiết kế và sản xuất xanh cũng như cải thiện khả năng tái chế của vật liệu.

Sự trỗi dậy của ngành 5G mang đến những thách thức cũng như nhu cầu lớn về tản nhiệt, vì vậy thị trường cho ngành quản lý nhiệt sẽ chứng kiến sự phát triển nhanh chóng và thế hệ vật liệu giao diện nhiệt mới sẽ đóng vai trò thiết yếu trong việc cải thiện khả năng tản nhiệt hiệu quả, giảm tác động môi trường và thúc đẩy phát triển bền vững. Với sự tiến bộ của công nghệ, nó được kỳ vọng sẽ góp phần đáng kể hơn trong việc cải thiện hiệu suất của các thiết bị điện tử và nâng cao nhận thức về môi trường trong tương lai.