1 hermal熱伝導フィラーとは何ですか？
熱導電性フィラーは、熱伝導率を向上させるために、プラスチック、ゴム、接着剤などのマトリックス材料に追加される機能的材料です。それらは、熱伝導経路またはネットワークを形成することにより、複合材料の熱伝導率を大幅に改善し、電子デバイスの熱散逸、LED照明、エネルギー貯蔵、航空宇宙およびその他のフィールドで広く使用されています。
熱導電性フィラーのメカニズムは、主に熱伝導性チャネルを形成し、フォノン移動を促進し、電子伝導を形成することにより、効率的な熱伝達を実現します。ここに特定のメカニズムがあります：
熱伝導経路の形成
フィラーは、ポリマーマトリックス内の連続熱伝導率チャネルを形成し、そこから熱流が伝達され、マトリックスの高い熱抵抗領域をバイパスします。フィラー含有量が低い場合、ランダムな分布により効果的な経路を形成することが困難になります。フィラーが増加すると、それらは互いに接触してチェーンまたはネットワーク構造を形成し、熱伝導率を大幅に改善します。
フォノン伝導の強化
炭化シリコンや窒化アルミニウムなどの非金属材料は、格子振動（フォノン）を介して熱を伝達します。フィラーの熱伝導率が高いほど（窒化ホウ素は320 w/（m・k）に達するなど）、フォノン伝達効率が高くなり、複合材料の熱伝導率の改善が大きくなります。
電子伝達相乗効果
部分的な導電性フィラー（銅や銀など）は、遊離電子を介して熱を導きます。このタイプのフィラーは、フォノンの伝導を強化するだけでなく、電子フォノンの相乗的熱伝導性効果を形成し、効率をさらに向上させる可能性があります。
クリティカルなしきい値効果
追加されたフィラーの量が臨界値（浸透閾値）に達すると、熱伝導率が突然形成され、熱伝導率が大幅に増加します。この現象は、カーボンナノチューブなどの高い熱伝導率フィラーでより顕著ですが、アルミナなどの従来のフィラーへの適用性は限られています。
2。熱導電性フィラーの種類
球状アルミナは、20-40W/m・Kの間の熱伝導率係数を備えた最も長く最も一般的な熱伝導フィラーです。適用が比較的簡単で、分散しやすく、凝集しやすいことはありません。それは比較的良好な断熱性能、優れた流動性を持ち、高い充填に便利です。その等方性構造は、亀裂を避けるために、マトリックス（エポキシ樹脂など）の内部応力を減らします。同時に、球状アルミナのコストは比較的低いため、さまざまなサーマル界面材料で広く使用されており、現在、熱界面材料で最も一般的に使用されている熱フィラーです。
窒化ホウ素は、窒素とホウ素の原子で構成される結晶です。化学組成は、43.6％のホウ素と56.4％の窒素であり、4つの異なるバリアントがあります：六角形の窒化ホウ素（HBN）、菱面体ニトリド（RBN）、キュービックホウ素ニトリド（CBN）、およびワルツィタ族ニトリド（WBN）。
窒化ホウ素の熱伝導率は30〜400W/m・Kです。窒化ホウ素は熱伝導率が高いだけでなく、断熱性能も優れており、高い熱伝導率と良好な絶縁の両方を必要とするアプリケーションでよく使用されます。ただし、アルミナと比較して、そのコストは依然として比較的高いです。現在、それは主に熱界面材料のためにアルミナと組み合わせて使用されており、添加量は約10％です。
窒化アルミニウム（ALN）は、高い熱伝導率、高断熱性（抵抗率>10¹⁴ω・cm）、および低熱膨張係数（4.5×10⁻⁶/k）などの利点を持つ高性能セラミック熱導電性フィラーです。これは、高出力の電子パッケージ、LED基板、5G通信モジュール、航空宇宙熱散逸材料、およびその他のフィールドで広く使用されています。窒化アルミニウムの熱伝導率は約170-200W/M・Kです。ただし、窒化アルミニウムは酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化シリコンシリコンよりも優れており、高度に統合された半導体基板と電子デバイスパッケージには理想的な材料と考えられています。表面を覆う水酸化フィルムは、熱伝導性経路を中断し、フォノンの伝達に影響します。その高いコンテンツ充填は、ポリマーの粘度を大幅に増加させますが、これは成形や処理を助長しません。
cermal熱伝導率が高い：炭化シリコンの熱伝導率が高い（純度と結晶タイプに応じて、約80-120W/m・K）。ポリマーまたは金属ベースの複合材料の熱散逸性能を高めるための熱伝導フィラーとして適しています。
amal熱膨張係数が低い：半導体材料（シリコンなど）との良好な互換性は、熱応力を軽減し、電子パッケージに適しています。
③化学物質の安定性：極端な環境における高温抵抗、耐食性、酸化抵抗、安定した性能。
as断熱：高純度炭化物は、電子機器の断熱と熱散逸のニーズに適した電気絶縁体（制御不純物含有量を含む）です。
グラフェンは優れた熱伝導率を持っています。純粋な欠陥を含まない単一層グラフェンの熱伝導率は5300W/mkと同じであり、キャリアとして使用すると、熱伝導率も600W/mkに達する可能性があります。
カーボンナノチューブは、丸めたグラフェンシートと見なすことができ、グラフェン層の数に基づいて、単一壁のカーボンナノチューブ（SWCNT）および多壁カーボンナノチューブ（MWCNT）に分割できます。マルチウォールされたチューブが形成されると、それらの間の層はトラップセンターに簡単になり、さまざまな欠陥をキャプチャします。したがって、マルチウォールされたチューブの壁は通常、欠陥のような小さな穴で満たされています。マルチウォールされたパイプと比較して、単一の壁のパイプは、直径サイズの分布範囲が小さく、欠陥が少なく、均一性が高くなります。単一壁のチューブの典型的な直径は0.6〜2 nmですが、多壁の最も内側の層は0.4 nmに達し、最も厚いものは数百ナノメートルに達することがありますが、典型的な直径は2〜100 nmです。
カーボンナノチューブの軸熱伝導率は非常に高いです。この特性を使用して、熱界面材料に秩序ある垂直に分布した方法でそれらを配置できます。これにより、熱界面材料の縦方向の熱伝導率が大幅に向上します。
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