*新有效散熱方式幅射散熱---石墨散熱器
固體中的導熱主要是由晶格振動和自由電子的運動來實現的。金屬中有大量的自由電子,而且電子的質量很輕,能很迅速的傳遞熱量,所以金屬有較大的熱導率。對于金屬導熱,晶格振動是次要的;對高聚物固體(石墨散熱器),自由電子很少,因此,高分子中原子的振動是主要的導熱機制。
假設晶格中一質點處于較高的溫度下,它的熱振動較強烈,平均振幅也較大,而其鄰近質點所處的溫度較低,熱振動較弱。由于質點間存在相互作用力,振動較弱的質點在振動較強質點的影響下,振動加劇,熱運動能量增加。這樣,熱量就能轉移和傳遞,使整個晶體中熱量從溫度較高處傳向溫度較低處,產生熱傳導現象。可見,熱量是由晶格振動傳遞的。晶格振動存在兩種傳導機制,一種是光子傳導,在高溫下這種機制是主要的。這是由于物質中分子、原子和電子的振動、轉動等運動狀態的改變,會輻射出頻率較高的電磁波,其中波長在0.4~40um間的可見光的近紅外光具有較強的熱效應,稱為熱射線,其傳熱過程為熱輻射。另一種是聲子量子化的傳導,當溫度不太高時是主要的,由聲子傳導決定的固體熱導率的普遍形式為……
由于晶格熱振動是非線性的,晶格間存在耦合作用,這會引起聲子相互碰撞,使聲子的平均自由程減小,這種聲子碰撞引起的散射是晶格中存在熱阻的主要來源。晶格中的各種缺陷、雜質以及晶粒界面都會引起散射,也等效于聲子平均自由程的減小,降低熱導率。溫度升高時,聲子振動能量增加,碰撞幾率變大,平均自由程減小,引起熱導率降低。
高聚物(石墨散熱器)中以共價鍵為主,不存在自由電子,熱傳導主要是通過分子(或原子)相互碰撞的聲子傳導,因此結晶程度就對熱導率有重要影響。由于高聚物很難形成完整的單晶體,因此結晶或非晶高聚物的熱導率都不高,但結晶度高時熱導率也高。在高聚物中,分子內的熱導率高于分子間的熱導率,所以分子量的增加對熱導率的提高有利。在取向的高分子材料中,取向方向上的熱導率高于垂直取向方向上的熱導率。在很低的溫度下,高聚物的熱導率隨溫度的升高而增大,當溫度達到100K以上時,熱導率隨溫度的升高而下降,在0~100℃之間,不同高聚物的熱導率隨溫度的變化規律不盡相同,但變化的幅度在10%以內。 |
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