高导热碳材料研究进展

《高导热碳材料研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、高导热碳材料研究进展刘华斌I（凯尔凯德科技（上海）有限公司，上海200080）摘要：近年来散热已成为电子工业持续发展的关键问题，开发低维结构的热量管理材料越发紧迫和必要。碳材料在室温附近有着较高的热导率，还具有低密度、热膨胀系数小、高温力学强度高等优点。主要介绍了近年來金刚石炭膜、石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维及其复合材料等高导热碳材料的研究现状和发展趋势，并展望了英作为热量管理材料的应川前景。关键词：碳材料；高导热；热量管理中图分类号：TB332文献标识码：AResearchprogresso

2、ncarbonmaterialswithhighthermalconductivityLIUHua-bin（Caretechscience&technology（Shanghai）limitedcompany,Shanghai200080,China）Abstract:Recentlyheatremovalhasbecomeacrucialissueforcontinuingprogressintheelectronicindustry,anditisurgentandnecessarytode

3、velopthermalmanagementmaterialsinlow-dimensionalstructure・Carbonmaterialshavehighthermalconductivitynearroomtemperature,lowdensity,lowexpansionandhigh-temperaturemechanicalproperties.Theresearchprogressofcarbonallotropessuchasdiamondfilm,graphite,gra

4、phene,carbonnanotubes,carbonfiberanditscompositewassummarizedinthispaper,andthefuturedevelopmentofcarbonmaterialswithhighthcnnalconductivityanditsapplicationprospectofthermalmanagementmaterialswasalsodiscussed.Keywords:carbonmaterials;highthermalcond

5、uctivity;thermalmanagemento引言在大功率集成电路和激光器、微波器件、列阵器件等高功率密度电子和光电子工业等领域，由于电了器件及其产品向高集成度、高运算领域的发展，耗散功率随Z倍增，散热问题FI益成为制约电子产业持续发展的关键因索，寻找导热性能优异的散热材料对于卜一•代集成电路和三维电子产甜设计而言是至关重要的。碳材料具有超简的导热率，根据分子动力学模拟计算，石墨在平行于晶体层的方向上的热导率理论上可高达4180W/（mK）[1'2],儿乎是传统金属材料铜、银及铝的10倍

6、有余：碳材料还具有低密度、低热膨胀系数、良好的高温力学性能等优界性能，是近年來最具发展前景的散热材料。作者结合碳材料的导热机理，重点介绍金刚石、石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维等几种高导热碳材料的研究现状和发展趋势。1高定向碳材料的导热机理当和互接触的物体Z间或物体内部不同部分存在温差吋，热量将从高温区流向低温区，这一过程称为热传导。対于无机非金属材料而言，热量的传导主要靠品格或品体点阵的振动而实现。碳材料在发牛热量传递时起导热作用的物质（载流子）主耍有自由电子、晶格振动（声了）、光了等，報个材料

7、的热导率由这些不同载流了之间共同配合、协同作用而决定⑶。声子的作用方式主要有两种：（1）声子与声子的相互作用；（2）声子与缺陷、界面的相互作用。温度越高，声子数FI越多。在传递热量时，固体品格的热端声子数多，而冷端的声子数收稿日期:2013-07-19;修订日期:2013-08-06作者简介：刘华斌（1978-）,男，江苏泰州人，研发工程师，博士，研究方向：纳米材料，导热材料。少，声了按一定的浓度梯度从热端向冷端扩散，通过原了的相互作用就会冇热振动的能量由热端连续传递到冷端。高度定向碳材料的热导

8、率K用Debey公式表示如下:K=-CvL式中C为单位体积的热容，u为声了的传播速度(即在固体屮的音速)，L为声了的平均自由程，即声子在两次碰撞Z间走过的平均距离。在室温下热导率K主要与材料的微观结构(如品粒的发育程度、平均品粒尺寸、杂质、裂纹和孔隙等缺陷)有关⑷，也取决于平均口由程L的大小，而L的大小与声了的碰撞和散射冇关。碳材料中由尸在不同方向上相邻的碳原子间距不同，导致声子的碰撞过程不同，原子间距越人热阻越人，热导率也越低，因此大多碳材料的导热性能在宏观上表现为各向界性。2高导热碳材料的分