Status de desenvolvimento e contramedidas do material de interface térmica
As altas temperaturas podem ter efeitos prejudiciais na estabilidade, confiabilidade e vida útil dos componentes eletrônicos. Muitas vezes existem pequenas lacunas entre os componentes eletrônicos e os dissipadores de calor, resultando em uma área de contato real de apenas 10% da área da base do dissipador de calor, o que dificulta seriamente a transferência de calor. O uso de material de interface térmica para preencher as lacunas pode reduzir significativamente a resistência térmica do contato e garantir que o calor gerado pelos componentes eletrônicos de aquecimento seja descarregado a tempo
Com o advento da era da Internet das Coisas, a integração de produtos eletrônicos continua a melhorar. Além disso, a introdução de sinais de alta frequência e a atualização de componentes de hardware levaram à duplicação do número de dispositivos e antenas conectados, resultando num aumento contínuo no consumo de energia e num rápido aumento na geração de calor. O material de interface térmica possui excelente condutividade térmica e forte adaptabilidade ambiental, o que fornece uma ajuda poderosa para a alta integração e miniaturização de equipamentos, e espera-se que se tornem as soluções de gerenciamento térmico mais disruptivas e transformacionais.
Em termos industriais, a indústria eletrônica, representada pelos três setores quentes, apresenta cada vez mais demandas por sistemas avançados de gerenciamento térmico e materiais de interface térmica:
Eletrônicos de consumo inteligentes:Os produtos eletrônicos de smartphones e tablets possuem uma estrutura compacta e altamente integrada, e a melhoria contínua da densidade do fluxo de calor tem apresentado requisitos cada vez mais elevados para sistemas de gerenciamento de calor.
Equipamento de comunicação:os equipamentos de comunicação estão se tornando cada vez mais complexos, o consumo de energia está aumentando e o valor térmico está aumentando rapidamente, o que trará uma enorme demanda incremental por materiais de interface térmica.
Eletrônica automotiva:por um lado, a temperatura de trabalho do módulo de controle eletrônico do motor, módulo de ignição, módulo de potência e vários sensores é extremamente alta; por outro lado, a energia da bateria dos novos veículos energéticos é enorme, e o tradicional resfriamento a ar e a água não são suficientes para lidar com a enorme dissipação de calor. Existe uma demanda urgente e personalizada por material de interface térmica.
Além disso, os dispositivos utilizados na aviação, aeroespacial, militar e outros campos geralmente precisam operar em ambientes agressivos, como alta frequência, alta tensão, alta potência e temperaturas extremas, e exigem alta confiabilidade, longo tempo de trabalho livre de falhas e extremamente altos requisitos de desempenho abrangentes para materiais de dissipação de calor.
De acordo com dados de pesquisa da BCC, o tamanho do mercado global de materiais de interface térmica aumentou de 716 milhões de dólares em 2014 para 937 milhões de dólares em 2018, com uma taxa composta de crescimento anual de 7,4%. Espera-se que o tamanho do mercado atinja 1,08 bilhão de dólares em 2021. Entre eles, a região Ásia-Pacífico ultrapassará 812 milhões de dólares americanos, a Europa aproximadamente 113 milhões de dólares americanos, a América do Norte aproximadamente 101 milhões de dólares americanos e outras regiões aproximadamente 54 milhões. Dólares americanos.
Os compósitos à base de polímeros condutores térmicos têm as vantagens de baixa densidade, excelentes propriedades dielétricas, baixos preços de matérias-primas e fácil processamento, mas a condutividade térmica dos compósitos termocondutores à base de polímeros é relativamente baixa. Nanomateriais inorgânicos, como óxido de alumínio, nitreto de alumínio, carboneto de silício, nitreto de boro e nanotubos de carbono, podem efetivamente melhorar a condutividade térmica dos materiais poliméricos, mas as cargas inorgânicas tornarão os materiais poliméricos quebradiços e duros. Actualmente, não existe uma boa solução para este problema e os mercados internacional e interno estão basicamente no mesmo caminho.
O material de interface térmica ideal deve ter as seguintes características: alta condutividade térmica, alta flexibilidade, molhabilidade superficial, viscosidade adequada, alta sensibilidade à pressão, boa estabilidade térmica e de ciclo frio, reutilizável, etc.
Em primeiro lugar, no projeto de compósitos à base de polímeros, é necessário um projeto de reforço mais avançado para melhorar a condutividade térmica e, ao mesmo tempo, garantir as propriedades mecânicas;
Em segundo lugar, em termos de preparação e processamento do material, é necessário melhorar a ligação da interface entre cargas, reforços e matriz para obter uma configuração ideal do material compósito;
Terceiro, em termos de pesquisa teórica básica, é necessário compreender melhor a condução de calor do fônon em múltiplas escalas, o mecanismo de condução do portador, o mecanismo de acoplamento de elétrons do fônon, o mecanismo complexo de transporte de elétrons e fônons na interface, etc., para fornecer base teórica para o design do material de interface térmica.
