Електроника: Приложения на термични графенови филми

Всяко ново поколение електронни продукти интегрира по-малки размери с усъвършенствани технически възможности. Това води до неизбежно генериране на топлина, тъй като електрическото съпротивление на продуктите е фокусирано върху все по-малки и по-малки площи. Ако топлината не се управлява ефективно, тези места могат да станат все по-горещи.

Материалите за разсейване на топлината, които са били използвани преди, като метали като мед, комбинирани с интелигентен въздушен поток или дори системи за водно охлаждане, не се прилагат толкова лесно поради малките размери на електронните продукти.

Изследователите са оценили редица материали на основата на въглерод, за да разрешат това предизвикателство. Стандартните графитни материали имат значително по-ниска топлопроводимост от 117 W / mK до 165 W / mK в сравнение с медта при 350 W / mK до 400 W / mK.Графенили диамантът показва значително по-висока топлопроводимост, по-висока от тази на всеки друг използван материал.

Diamond не е гъвкав и е много твърд, което го прави предизвикателно да се прилага върху компоненти за генериране на топлина като захранване, микро контролер, интегрални схеми и други. За разлика от това, графенът е силно гъвкав, което улеснява прилагането му към различните компоненти на електронния продукт.

1. Графенова структура и топлопроводимост

Графенът се състои от хексагонална, двумерна структура, установена върху sp-въглерод-въглерод2-хибридни орбитали. В оптимален пример това също създава голяма кристална решетка. При този тип конструкция средният свободен път на фонони е около 775 nm по-висок в сравнение с графита с висока топлопроводимост.

Топлопроводимостта на графен в резултат на този състав може да достигне до 2500 W / mK. Вибрацията на кристалната решетка е основната причина за топлопроводимостта на графена. Синхронизираната хармонична модулация на кристалната структура с фононните вибрации води до топлина, проведена извън структурата.

Заедно с това електроните могат да се движат свободно поради sp2-хибридни орбитали. Този тип конструкция при стайна температура ще накара електроните да имат скорост, която е 1/300 от скоростта на светлината, значително по-висока, отколкото в конфигурации, които нямат sp2-хибридни орбитали.

В тези sp2-хибридни орбитали, електронната подвижност може да достигне до 15000 cm2/ Vs, по-голяма от електронната подвижност във всички метали при стайна температура.

В заключение, графенът показва значително висока топлопроводимост поради взаимодействието между електрони и фонони.

2. Приготвяне на термичен филм от графен

Техниките за приготвяне на термичен филм с графен обикновено включват спин покритие, вакуумно филтриране и пръскане. Дебелината на графеновия филм, създаден чрез техниката на вакуумна филтрация, е сравнително тънка и е трудна за независимо използване в областта на топлопроводимостта.

Техниката на пръскане произвежда графенов филм с ниска плътност и лоша еднородност. Техниката на спиновото покритие осигурява равномерно нанасяне на (окисления) графенов разтвор върху основата. Разтворителят на (окисления) графенов разтвор се изпарява при определена температура, за да се получи желаният филм.

Техниката на въртящо покритие създава aграфенов филмс висока еднородност и е подходящ за мащабно производство. Фигура 1 подробно описва етапите на подготовка на стандартен термичен филм от графен.

Typical preparation for the production of thermal dissipation films.

Фигура 1.Типична подготовка за производството на филми за разсейване на топлината. Кредит на изображението: Шестият елемент (Changzhou) Materials Technology Co., Ltd.

3. Прилагане на термичен филм от графен

Sixth Element (Changzhou) Materials Technology Co Ltd. е водещ производител на редуциран графенов оксид, графенови оксиди и висококачествен графен.

Шестият елемент (Changzhou) Materials Technology Co Ltd. доставя графенови оксиди, които са изключително подходящи за производството на филми за разсейване на топлината на основата на графен.

За да създаде производството на филми за разсейване на топлина на базата на графен, Changzhou Fuxi Technology Co Ltd. е основана през 2014 г. чрез сътрудничество между The Sixth Element (Changzhou) Materials Technology Co Ltd. и Jiangsu Warwick Century Electronics Group Co Ltd.

Шестият елемент (Changzhou) и Changzhou Fuxi Technology работят заедно, за да произведат силно ориентиран топлопроводим филм на основата на графен с топлопроводимост в равнината между 1000 W / mK до 1500 W / mK, в зависимост от дебелината.

Филмът може да бъде произведен с дебелина между 30 µm и 400 µm. Ключово предимство на фолиото е, че той може да поддържа топлопроводимост, докато е огънат с 180 ° повече от 105пъти.

Thermal conductive graphene film – ready for die-cutting.

Фигура 2.Топлопроводим графенов филм - готов за щанцоване. Кредит за изображение: Шестият елемент (Чангжоу) Материали Технологии Ко, ООД

Водещите производители на смартфони са привлечени от товатоплопроводим филм на основата на графен. Huawei беше първият продуцент, който прие филма през 2018 г., използвайки този тип технология в гамата си от смартфони Mate20.

Huawei демонстрира, че в сравнение с широко използваните охладителни системи, работната температура при пълна мощност е драстично намалена. Технологията продължи да се използва от Huawei в следващите поколения смартфони, например серията Mate30pro, Mate30, MateP40 и др. Заедно с това технологията се използва и в таблета Matepad Pro 5G от Huawei.

Changzhou Fuxi Technology и Шестият елемент (Changzhou) продължават да инвестират в допълнителни производствени мощности, за да отговорят на нарастващото търсене.

Заедно със смартфоните, този материал може потенциално да се използва в приложения като сгъваеми екрани, носими устройства и подобни потребителски продукти, които интегрират висока мощност на обработка с малки размери (главно дебелина).

Тази информация е получена, прегледана и адаптирана от материали, предоставени от The Sixth Element (Changzhou) Materials Technology Co., Ltd.

За повече информация относно този източник, моля посететеШестият елемент (Чанджоу) Материали Технологии Ко, ООД