Wrth geisio dargludedd thermol uwch ar gyfer deunyddiau rhyngwyneb thermol, mae cynyddu cymhareb llenwi llenwyr dargludol thermol yn ffordd effeithiol o wella perfformiad thermol cyfansoddion. Fodd bynnag, mewn cymwysiadau ymarferol, pan fydd cymhareb llenwi llenwyr dargludol thermol yn fwy na throthwy penodol, mae caledwch y deunydd yn cynyddu'n sydyn, mae prosesu'n dod yn anodd, ac mae'r cydymffurfiad yn gostwng yn sylweddol, tra bod y gwelliant mewn dargludedd thermol yn fach iawn neu hyd yn oed yn llonydd. Y tu ôl i'r ffenomen hon mae cysyniad allweddol yng ngwyddor deunyddiau dargludol thermol{-ffracsiwn llenwi critigol.
1. Math Filler
Ar gyfer llenwyr dargludol thermol, o fewn cyfansawdd dargludol thermol, mae'r trosglwyddiad gwres mewnol yn dibynnu'n bennaf ar ddau gludwr: electronau a phonons. Mae gwahanol fecanweithiau trosglwyddo gwres yn dylanwadu'n fawr ar y ffracsiwn llenwi critigol sydd ei angen i lenwwyr ffurfio rhwydwaith dargludol thermol effeithiol:
Llenwyr Dargludol Electronig (ee Arian, Copr, a Graffen)
Mae'r llenwyr hyn yn dibynnu ar symudiad a gwrthdrawiadau electronau rhydd ar gyfer trosglwyddo gwres. Mae eu mantais graidd yn gorwedd yn yr effaith twnelu cwantwm sylweddol: Pan ddaw dau ronyn llenwi dargludol o fewn ychydig nanometrau i'w gilydd, hyd yn oed heb gysylltiad uniongyrchol, mae electronau'n debygol o groesi'r rhwystr polymer inswleiddio rhyngddynt, gan gyflawni naid. Mae hyn yn golygu y gallai rhwydwaith sydd wedi'i ddatgysylltu'n ffisegol eisoes fod wedi'i gysylltu'n thermol ymlaen llaw. O ganlyniad, mae'r ffracsiwn llenwi critigol ar gyfer y llenwyr hyn i ffurfio rhwydwaith dargludol thermol effeithiol yn nodweddiadol isel.
Llenwyr Dargludol Ffononig (ee, llenwyr Ceramig fel Alwmina, Silicon Nitride, a deunyddiau Carbon fel Nanotiwbiau Carbon, Graffen)
Mae'r llenwyr hyn yn dibynnu ar phonons (dirgryniadau dellt) ar gyfer trosglwyddo gwres. Mae llwybr cymedrig rhad ac am ddim phonons mewn matrics polymer anhrefnus yn fyr iawn. Pan fydd ffonons yn teithio rhwng llenwad crisialog hynod drefnus a'r matrics anhrefnus, neu ar draws bylchau bach rhwng llenwyr, mae diffyg cyfatebiaeth ffonon a gwasgariad difrifol yn digwydd. Er mwyn sefydlu llwybrau ffonon effeithlon, rhaid i lenwwyr ffurfio cyswllt corfforol tynn, bron yn berffaith i leihau ymwrthedd thermol rhyngwynebol. Mae'r gofyniad llym hwn fel arfer yn arwain at ffracsiwn llenwi critigol uwch. Ar ben hynny, hyd yn oed ymhlith llenwyr sydd â'r un mecanwaith trosglwyddo gwres, gall dargludedd thermol cynhenid y llenwad ei hun effeithio ar ei ffracsiwn llenwi critigol. Mae llenwyr â dargludedd thermol uchel yn eu hanfod yn hynod effeithlon wrth drosglwyddo gwres, gan ganiatáu i wres gael ei drosglwyddo'n haws trwy "rwydweithiau lled-gysylltiedig" amherffaith, sydd wedi'u cysylltu, gan arsylwi naid sylweddol mewn perfformiad thermol ar symiau llenwi is. I'r gwrthwyneb, mae llenwyr â dargludedd thermol is yn llai effeithlon yn thermol ac mae angen rhwydwaith dargludol thermol mwy perffaith i hwyluso llif gwres ar ei hyd, felly mae eu ffracsiwn llenwi critigol hefyd yn is.
2. Morpholeg Filler
Mae morffoleg yn pennu'r effeithlonrwydd cyswllt rhwng llenwyr a'r dwysedd pacio uchaf, a thrwy hynny ddylanwadu ar y ffracsiwn llenwi critigol. Yn seiliedig ar nodweddion geometrig, gellir categoreiddio llenwyr dargludol thermol yn bennaf fel:
Llenwyr Spherical
Mantais llenwyr sfferig yw eu gwasgariad hawdd a'u llifadwyedd da. Fodd bynnag, oherwydd cymesuredd geometrig, dim ond trwy gyswllt pwynt y gallant ffurfio rhwydweithiau, gan arwain at effeithlonrwydd trosglwyddo gwres is rhwng gronynnau. Mae angen ffracsiwn llenwi cymharol uchel i sicrhau cysylltedd effeithiol. Er enghraifft, fel arfer mae angen i'r ffracsiwn llenwi ar gyfer alwmina sfferig gyrraedd tua 40% i 50% i wella dargludedd thermol yn sylweddol.
Llenwyr Anisotropic (Plat-hoffi/Fibrous)
Mae gan lenwadau tebyg i blatiau fel boron nitrid hecsagonol (h-BN) a graphene, neu lenwwyr ffibrog fel nanotiwbiau carbon (CNTs), ffibrau carbon, a wisgers nitrid alwminiwm, gymarebau agwedd uchel neu gymarebau hyd{-i-ddiamedr. Mae ganddynt debygolrwydd uchel o gydgysylltu, yn enwedig pan fyddant wedi'u gogwyddo i gyfeiriad penodol, gan ffurfio rhwydwaith trylifo trwy effaith "pontio" ar ffracsiynau llenwi isel iawn. Fodd bynnag, mae'r mathau hyn o lenwwyr yn anoddach eu gwasgaru ac yn dueddol o gael eu maglu neu eu crynhoi.
Llenwyr Afreolaidd
Mae'r llenwyr hyn yn arddangos cyd-gloi mecanyddol cryf, gan arwain at wrthwynebiad uwch a chynnydd sydyn mewn gludedd ar ffracsiynau llenwi is. Fodd bynnag, gallai eu siapiau afreolaidd gynyddu pwyntiau cyswllt rhwng llenwyr i ryw raddau. Mae eu ffracsiwn llenwi critigol fel arfer yn disgyn rhwng llenwyr sfferig a llenwyr tebyg i blatiau/ffibr. Mewn peirianneg ymarferol, mae'n amlwg bod un llenwad morffoleg yn aml yn ei chael hi'n anodd cydbwyso dargludedd thermol uchel, rhwyddineb prosesu, a pherfformiad cyffredinol. Felly, mae croesrywio llenwi morffoleg aml--yn dod yn strategaeth hollbwysig. Er enghraifft, gall cyfuno llenwyr platiau, ffibrog a sfferig drosoli eu manteision priodol i adeiladu rhwydweithiau dargludol thermol aml-lefel, gan gyflawni synergeddau "pwynt-llinell" a "phwynt-awyren", gan arwain at berfformiad cyffredinol llawer gwell na systemau llenwi sengl.
3. Maint a Dosbarthiad Gronynnau Filler
Mae'r llwybr dargludiad gwres ym mhob pwynt cyswllt rhwng gronynnau llenwi mawr yn fwy uniongyrchol, gan leihau gwasgariad ffonon a hwyluso trosglwyddo gwres. Gallant gydgysylltu i ffurfio sianeli dargludol thermol parhaus ar symiau llenwi is. Fodd bynnag, oherwydd bod y pwyntiau cyswllt rhwng gronynnau mawr yn gymharol fach ac mae'r interstices yn fawr, mae'r rhwydwaith dargludol thermol a ffurfiwyd yn gymharol unigol, gan gyrraedd terfyn dargludedd thermol ar ffracsiwn llenwi cymharol isel. I'r gwrthwyneb, mae gan ronynnau bach arwynebedd penodol mawr ac ardal gyswllt fwy rhwng gronynnau, ond mae gwasgariad ffonon hefyd yn fwy difrifol. Mae angen swm llenwi uwch arnynt i ffurfio rhwydwaith dargludol thermol effeithiol, gan arwain at ffracsiwn llenwi critigol uwch. Mewn cymwysiadau ymarferol, mae cyfuno llenwyr o wahanol feintiau yn wyddonol (ee, defnyddio gronynnau mawr i ffurfio'r sgerbwd, a gronynnau canolig / bach i lenwi'r bylchau) yn gyffredin. Mae'r strategaeth hon yn gwneud y gorau'n sylweddol o'r ffracsiwn llenwi critigol sydd ei angen i ffurfio llwybrau dargludol thermol parhaus ac yn gwella'r dargludedd thermol terfynol. Yn gyffredinol, mae dosbarthiad maint eang yn caniatáu ar gyfer adeiladu sgerbwd dargludol thermol gyda llwybrau mwy helaeth gan ddefnyddio cyfanswm lleiafswm y llenwyr. Fodd bynnag, mae'n bwysig nodi y gallai dosbarthiad rhy eang gyflwyno gronynnau mawr iawn, gan effeithio ar berfformiad prosesu neu achosi crynhoad straen lleol. Optimeiddio'r rhwydwaith dargludol thermol trwy raddio meintiau gronynnau mawr a bach.
4. Priodweddau Arwyneb Filler
Hyd yn oed os ffurfir rhwydwaith dargludol thermol corfforol, gall bondio gwael rhwng y llenwad a'r matrics resin arwain yn hawdd at grynodeb llenwi. At hynny, mae gwres yn dod ar draws gwrthiant sylweddol (diffyg cyfatebiaeth ffonon uchel) yn y rhyngwyneb. Mae hyn yn gofyn am fwy o lenwad i sefydlu llwybrau thermol effeithiol, gan arwain at ffracsiwn llenwi critigol uwch. Gall addasu arwyneb y llenwad gan ddefnyddio cyfryngau cyplu fel silanes wella bondio rhyngwyneb, lleihau ymwrthedd thermol rhyngwynebol, a chaniatáu i'r rhwydwaith dargludol thermol ffurfiedig weithredu'n wirioneddol effeithlon. Mae hyn yn effeithiol yn gwella dargludedd thermol ar yr un ffracsiwn llenwi tra hefyd yn lleihau gludedd y system a gwella prosesadwyedd. Fodd bynnag, gallai addasu gormodol atal-cyswllt llenwi, gan gynyddu'n baradocsaidd y ffracsiwn llenwi critigol.
