Nuevos avances en materiales de interfaz térmica mejoran la eficiencia de refrigeración de los dispositivos electrónicos

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Nuevos avances en materiales de interfaz térmica mejoran la eficiencia de refrigeración de los dispositivos electrónicosLos materiales de interfaz térmica desempeñan un papel clave en los dispositivos electrónicos modernos, y su función se centra en optimizar la gestión térmica y mejorar el rendimiento, la confiabilidad y la vida útil del dispositivo. A medida que los dispositivos electrónicos continúan evolucionando y aumentando su funcionalidad, la cantidad de calor generado aumenta rápidamente, lo que hace que la gestión térmica eficaz sea particularmente importante.

TENDENCIA DE DESARROLLO DE NUEVA GENERACIÓN DE MATERIALES DE INTERFAZ TÉRMICA

La tendencia de desarrollo de la nueva generación de materiales de interfaz térmica.Materiales de interfaz térmica, también conocidos como materiales de relleno de interfaz, se utilizan para rellenar la superficie de contacto que puede producir espacios o agujeros para eliminar el aire entre los componentes electrónicos y los disipadores de calor en equipos electrónicos para mejorar el rendimiento térmico del dispositivo. A medida que las funciones de los dispositivos electrónicos se vuelven cada vez más ricas, la versión de un aumento sustancial en el consumo de energía de trabajo y la generación de calor de los dispositivos electrónicos se hace mayor; cómo mejorar la eficiencia térmica de los dispositivos electrónicos se ha convertido en un factor esencial en su etapa de diseño.

Con el desarrollo de la industria, los materiales de interfaz térmica desde el desarrollo inicial de grasa térmica de juntas térmicamente conductoras, materiales fotográficos, gel térmico, cinta térmica y metal líquido, y otras categorías. Aunque la participación de mercado de los materiales de interfaz térmica de metal líquido es relativamente pequeña, el reclamo se está expandiendo rápidamente debido a su bajo límite elástico y sus características de alta fluidez. Entre ellos, la grasa térmica de flujo dinámico tiene la mayor participación de mercado porque su flujo dinámico facilita la automatización del proceso de generación y su baja resistencia térmica.

AVANCES EN MATERIALES DE ALTA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

En investigación tecnológica, Estados Unidos, Japón, Corea del Sur y otros países han realizado estudios extensos y profundos sobre la preparación y el rendimiento de materiales de interfaz de alta conductividad térmica. Desde 2008, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU. ha lanzado proyectos de tecnología de gestión térmica, mientras que las famosas instituciones triquinto, BAE y otros institutos de investigación también han encontrado pruebas de disipación de calor de materiales de interfaz de alta conductividad térmica, evaluación de tecnología y otros trabajos de investigación.

Los materiales de interfaz térmica con alta conductividad térmica, fáciles de deformar, pueden reducir efectivamente la resistencia térmica interfacial del material, incluyendo principalmente las siguientes categorías de sustancias: lípidos, geles, materiales de cambio de fase y materiales de soldadura.

En los últimos años, con el rápido desarrollo de la tecnología, los materiales de interfaz térmica basados en carbono relacionados con el grafeno y los nanotubos de carbono están recibiendo cada vez más atención. Los nanotubos de carbono tienen las ventajas sobresalientes de alta conductividad térmica a lo largo de la dirección axial, anisotropía de conductividad térmica, bajo coeficiente de expansión térmica en el plano radial, peso ligero, resistencia al envejecimiento y a la oxidación, etc., y tienen un gran potencial para ser utilizados. como material de interfaz térmica. Los nanotubos de carbono tienen una estructura estable y proporcionan un excelente sistema de soporte del grafeno. Por el contrario, la buena flexibilidad del grafeno se utiliza para llenar el espacio entre los nanotubos de carbono, formando una estructura de red de nanómetros de carbono coherente conectada de modo que los dos puedan tener una excelente conductividad térmica, y las dos estructuras de fuselaje y las propiedades fisicoquímicas de los dos son perfecto para complementarse. Se ha demostrado que cuando la fracción de masa de grafeno y nanotubos de carbono es del 1.5% y del 0.5%, respectivamente, la conductividad térmica del material alcanza el máximo de 2.26Wm-1-K-1.

IMPACTO DE LA SOSTENIBILIDAD Y FACTORES AMBIENTALES

Uno de los objetivos centrales de la nueva generación de materiales de interfaz térmica es reducir el impacto ambiental y aportar sostenibilidad a la industria en el futuro. Por lo tanto, el proceso de fabricación de materiales de interfaz térmica presta más atención a la generación de residuos y a la reducción del consumo de recursos. Se utilizan técnicas de fabricación ecológicas para lograr el ahorro de energía y la reducción de emisiones. En segundo lugar, el diseño de nuevos materiales enfatiza la alta estabilidad y resistencia muscular, reduciendo la frecuencia de reemplazo para reducir el desperdicio de recursos. La nueva generación de materiales de interfaz térmica puede mejorar el rendimiento en el proceso de uso para minimizar el consumo de los equipos y el impacto ambiental negativo. Por último, se ha mejorado drásticamente la reciclabilidad de los materiales, haciendo realidad el propósito de la economía circular.

Combinado con lo anterior, la nueva generación de materiales de interfaz térmica se compromete a reducir el impacto ambiental a través de los fines de producción, uso y reciclaje. Tiene un desempeño notable en eficiencia energética, utilización de recursos, reducción de desechos y seguridad ambiental. Con el continuo progreso y promoción de la tecnología, se espera que la nueva generación de materiales de interfaz térmica contribuya de manera más significativa a las aplicaciones posteriores.

DESAFÍOS DE LA TECNOLOGÍA TÉRMICA EN LA ERA 5G

Desde la popularización de la tecnología 5G en 2022, la potencia, la delgadez y la inteligencia de los productos electrónicos de consumo se han desarrollado rápidamente. Sin embargo, debido al rápido aumento de estos indicadores, el consumo de energía laboral y la generación de calor también han aumentado significativamente. Según datos de investigaciones, la falla del material debido a la concentración de calor representa del 65% al 80% de la tasa total de falla. Por lo tanto, para evitar daños en los dispositivos causados por el sobrecalentamiento, la gestión de la disipación de calor se ha convertido en un proyecto indispensable para los componentes electrónicos, lo que a su vez plantea requisitos más altos para el rendimiento de los materiales de interfaz térmica.

Los teléfonos móviles tradicionales, materiales de disipación de calor, se basan en materiales de interfaz térmica como láminas de grafito y gel térmico. Aun así, la baja conductividad térmica y el gran espesor de las láminas de grafito podrían favorecer la adaptación de nuevos productos. Por lo tanto, los heatpipes y las VC (placas de promediación de calor) han comenzado a penetrar en los terminales de teléfonos inteligentes desde computadoras y servidores, y los materiales de grafeno también han comenzado a aplicarse a gran escala. En comparación con las láminas de grafito, el VC y el grafeno tienen una alta conductividad térmica y un espesor bajo, que son materiales de disipación de calor con mejor rendimiento.

PERSPECTIVA DE MATERIALES DE INTERFAZ TÉRMICA

Según BCC Research, el tamaño del mercado mundial de materiales de interfaz térmica fue de 764 millones de dólares en 2015 y se espera que alcance los 1.1 millones de dólares en 2020, con una tasa compuesta anual del 7.4%. Los materiales de interfaz térmica tradicionales a base de polímeros representan la mayor parte de todos los productos, casi el 90%. Los materiales de cambio de fase y de interfaz térmica a base de metal representaron una proporción menor pero que aumentó gradualmente.

El desarrollo del campo representado por las redes de comunicación (5G), la electrónica automotriz (nuevas energías), la inteligencia artificial, los LED, etc., ha impulsado el desarrollo de industrias relacionadas. En primer lugar, la demanda de estaciones base y de sus correspondientes equipos está aumentando rápidamente. La necesidad de materiales de interfaz térmicamente conductores también ha aumentado rápidamente, seguida por las aplicaciones de Internet de las cosas, además de los teléfonos móviles, las computadoras y otras industrias electrónicas, pero también se expandió a la automoción, los electrodomésticos, los dispositivos portátiles inteligentes y los equipos industriales. , pero también directamente atraído por la demanda de materiales térmicamente conductores y dispositivos relacionados. El último es la industria de fabricación de equipos de comunicaciones superpuesta al catalizador de 5G, lo que generará una demanda masiva de materiales térmicamente conductores, materiales de blindaje EMI y otros productos.

RESUMEN

Con el equipo electrónico y el rendimiento de la flexión, la disipación de calor recibe cada vez más atención por parte de la industria, y la investigación de materiales de interfaz térmica relacionada también está aumentando. Desde la grasa de silicona térmicamente conductora inicial hasta la expansión de materiales de interfaz térmica de metal líquido, mejorar el rendimiento térmico brinda oportunidades innovadoras.

El contexto industrial de sostenibilidad y protección ambiental plantea nuevos desafíos para la nueva generación de materiales de interfaz térmica, que desempeñan un papel activo en la mejora de los productos y el rendimiento a través del diseño y la fabricación ecológicos y la mejora de la reciclabilidad de los materiales.

El auge de la industria 5G plantea desafíos, así como una demanda masiva de disipación de calor, por lo que el mercado de la industria de gestión térmica experimentará un rápido desarrollo, y una nueva generación de materiales de interfaz térmica desempeñará un papel esencial en la mejora de la disipación de calor. eficiencia, reducción del impacto ambiental y promoción del desarrollo sostenible. Con el avance de la tecnología, se espera que contribuya más significativamente a mejorar el rendimiento de los dispositivos electrónicos y promover la conciencia ambiental en el futuro.