En la era de los dispositivos electrónicos altamente delgados, multifuncionales e integrados, inevitablemente conducirá a la acumulación de calor en el interior de los materiales compuestos, lo que afectará seriamente el funcionamiento estable y la vida útil de los equipos. cómo lograr una conducción térmica y disipación de calor rápida y eficiente de los materiales dieléctrico se ha convertido en un problema clave que afecta el desarrollo de equipos eléctricos. La conductividad térmica intrínseca de la poliimida tradicional es baja, lo que limita su aplicación en equipos eléctricos, redes inteligentes y otros campos, y el desarrollo de nuevos materiales de película dieléctrica de poliimida de alta conductividad térmica se ha convertido en el foco de investigación en el país y en el extranjero. Este trabajo presenta el mecanismo de conducción térmica de los materiales compuestos, resume el progreso de la investigación y el desarrollo de películas de poliimida térmica en los últimos años, centrándose en el impacto de los rellenos conductores de calor, la compatibilidad de interfaz y los procesos de formación en la conductividad térmica de los materiales, y finalmente resume y espera algunos problemas científicos y tecnológicos clave en la investigación en combinación con las necesidades del desarrollo futuro de los materiales dieléctrico compuestos de poliimida térmica.
01 Introducción
Los materiales poliméricos son ampliamente utilizados en electrónica y electricidad, comunicaciones, fabricación de equipos militares, aeroespacial y otros campos por sus excelentes propiedades de aislamiento eléctrico, resistencia a la corrosión química, peso ligero y baja densidad. La poliimida (pi) es un compuesto polimérico aromático heterocíclico construido a partir de enlaces a base de imimida [c (o) - N (r) - C (o) -] con excelentes propiedades de aislamiento eléctrico, resistencia a la irradiación y propiedades mecánicas, y es conocido como "un experto en resolver problemas". Como material estructural o funcional, Pi tiene enormes perspectivas de desarrollo, especialmente el material de película pi, que tiene la reputación de "película dorada", un producto de poliimida desarrollado y aplicado por primera vez, es ampliamente utilizado en placas de circuito impreso, envases electrónicos, medios intercalares, paneles de visualización y otros campos (véase la figura 1). Figura 1 la aplicación de equipos electrónicos modernos, dispositivos industriales representados por chips, vehículos eléctricos híbridos y diodos emisores de luz conduce a una reducción gradual del tamaño del producto debido a su alta integración y alta potencia, lo que resulta en un problema cada vez más prominente de duplicación de calor, lo que afecta seriamente el rendimiento operativo y la vida útil del producto, y la conducción térmica eficiente y la disipación de calor del sistema de gestión térmica están recibiendo cada vez más atención.
Los estudios relacionados muestran que la fiabilidad de los equipos electrónicos se reduce en un 10% por litro de temperatura de 2 ° c; Con un aumento de la temperatura de 8 a 12 grados Celsius y una vida útil reducida a la mitad, la conductividad térmica del material se ha convertido en un parámetro importante que afecta el funcionamiento normal del equipo. Los materiales poliméricos muestran un buen potencial para resolver problemas de conducción térmica y disipación de calor, pero la conductividad térmica intrínseca de los materiales de poliimida es baja, generalmente por debajo de 0,2 W / (m · k), muy por debajo de los materiales metálicos, de carbono, cerámicos y otros materiales, lo que limita en gran medida la aplicación de películas Pi en campos de alta tecnología. Para garantizar el funcionamiento normal y la seguridad del equipo, es de gran importancia buscar métodos adecuados para mejorar la conductividad térmica de los materiales de poliimida. Para resolver el problema de la conducción térmica y la disipación de calor de los materiales de poliimida, los investigadores trabajan principalmente desde dos aspectos. El primero es la modificación del cuerpo de la matriz pi, desde la perspectiva del diseño de la estructura molecular, el diseño de la estructura de 1 a 3 niveles y la construcción de una estructura ordenada basada en pi; La formación de estructuras ordenadas se induce mediante estiramiento mecánico, cizallamiento, centrifugación y hilado; Sobre la base de las fuerzas de interacción intermolecular, especialmente para aprovechar las ventajas de los enlaces de hidrógeno, se forman estructuras intercaladas y enredadas entre cadenas moleculares y se construyen enlaces de hidrógeno entre grupos laterales. La estrategia para mejorar la conductividad térmica intrínseca de la poliimida es cambiar la morfología de la estructura de la cadena de la matriz, hacer que la cadena molecular acurrucada muestre un Estado de estiramiento, mejorar el orden de aglomeración de segmentos de cadena y crear vías de transmisión de fonones para mejorar la conductividad térmica intrínseca de la matriz. En segundo lugar, con Pi como matriz, la adición de rellenos de alta conductividad térmica a la matriz también es una estrategia eficaz para mejorar la conductividad térmica. en la actualidad, la investigación teórica y la producción industrial de materiales compuestos de poliimida de alta conductividad térmica en el país y en el extranjero se concentran principalmente en materiales compuestos de Pi rellenos. Los rellenos conductores de calor se conectan entre sí en la matriz pi, formando una ruta de conducción de calor ordenada, reduciendo la dispersión generada durante la transmisión de fonones y logrando una rápida transmisión de calor. La conductividad térmica de los materiales compuestos está determinada por factores como la estructura de la matriz Pi y las propiedades del relleno, la disposición del relleno en la matriz y la interacción entre la matriz y el relleno, teniendo en cuenta la influencia de la construcción de canales de conducción térmica y el proceso de preparación en las propiedades térmicas de los materiales.
02 mecanismo de transmisión de calor
El calor es la energía del movimiento, la rotación y la vibración de partículas microscópicas como moléculas, átomos y electrones en el interior del material. el mecanismo de conducción térmica del material está estrechamente relacionado con la colisión mutua y la transmisión de partículas microscópicas en su Interior. Los portadores de la conducción de calor son moléculas, electrones, fonones (cuánticos de energía de la vibración de la red cristalina) y fotones. El calor se transmite de la parte de alta temperatura del material a la parte de baja temperatura, mientras que en esencia se puede considerar que las moléculas y átomos con mayor amplitud conducen vibraciones moleculares y atómicas con menor amplitud.
El mecanismo de conducción de calor de los diferentes materiales de conducción de calor de la colisión de partículas en el material es diferente, dependiendo principalmente del papel del portador de conducción de calor en el material. Hay una gran cantidad de electrones en movimiento libre dentro del metal, que transmiten calor a través de la interacción o colisión. El metal también es un cristal, y el proceso de conducción de calor también se completa a través de la vibración de la celosía, es decir, todavía hay conducción de fonones, pero la eficiencia de transferencia de calor de los electrones libres es mucho mayor que la de los fonones, por lo que el portador de conducción de calor del metal es principalmente el electrón. En los cristales no conductores, las moléculas o átomos se distribuyen ordenadamente en la red cristalina, y el modo de conducción térmica es principalmente la conducción térmica de los fonones, cuya conductividad térmica depende principalmente del grado de cristalización y orientación del material, y el mecanismo se considera que depende del grado de dispersión de los fonones. Las principales causas de la dispersión de fonones son: el alto enredo de las cadenas moleculares, los huecos en la estructura molecular, los defectos de interfaz y estructura y las débiles interacciones entre las cadenas moleculares. La dispersión estática de los fonones es causada por varios defectos, la dispersión dinámica es causada por la vibración no armónica de la cadena molecular, la rotación de la cadena molecular y el enredo entre cadenas agravarán la vibración no armónica, mientras que la conformación de múltiples formas producidas por la rotación dentro de la cadena también causará la dispersión de los fonones. La mayoría de los polímeros son sistemas saturados en los que no hay electrones en movimiento libre y colisiones intensas entre ellos, y el calor se transmite principalmente a través de fonones. La cadena Molecular produce vibraciones cuando se calienta, y la conducción de calor depende principalmente de la vibración térmica alrededor de la molécula o átomo en una posición fija, transmitiendo el calor a su vez a moléculas o átomos adyacentes, y la conducción de calor del polímero se muestra en la figura 3. Figura 3 el mecanismo de conducción térmica del polímero tiene las características de cadenas moleculares complejas y fáciles de enredar, polidispersión de peso molecular y gran peso molecular, y la cristalinidad no es muy alta.
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