ما هي الموصلية الحرارية للجرافيت ولماذا تختلف؟

عندما يبحث الناس عنالموصلية الحرارية للجرافيتربما يحاولون القيام بأشياء مختلفة: الحصول على رقم موثوق كمرجع، أو مقارنة الجرافيت بمعادن مثل النحاس، أو فهم لماذا يمكن أن يتصرف الجرافيت كموزع قوي للحرارة في اتجاه واحد وحاجز حراري في اتجاه آخر. هذا المزيج من الأسئلة هو بالضبط ما يجعل الجرافيت مثيرًا للاهتمام-ويسهل أيضًا إساءة فهمه إذا تعاملنا مع التوصيل الحراري باعتباره "قيمة ثابتة" واحدة.

فيالشارقة الكربون'sمن يوم-إلى-مناقشات المواد اليومية، فإن نقطة البداية الأكثر فائدة ليست فقط"كم واط/م·ك؟"ولكن أيضا"في أي اتجاه يجب أن تتحرك الحرارة، وتحت أي درجة حرارة وأجواء؟"يرتبط الأداء الحراري للجرافيت ارتباطًا وثيقًا بهالبنية المجهرية وتباين الخواص-نفس منطق البنية الأساسية الذي تمت مناقشته في ملاحظتنا السابقة حول السلوك المتناحي مقابل السلوك متباين الخواص-لذلك يمكن لمجموعة المواد نفسها أن تعرض نتائج مختلفة تمامًا اعتمادًا على الدرجة وظروف الاستخدام.

في هذا المقال سنوضحالموصلية الحرارية الجرافيتبطريقة تعمل على التعلم السريع والاختيار العملي: ما هي القيم المتوقعة، ولماذا يهم الاتجاه، وكيف تؤثر درجة الحرارة والبنية على نقل الحرارة، وما يعنيه هذا بالنسبة للتطبيقات الحقيقية.

يظهر الجرافيت بقوةتباينفي التوصيل الحراري بسبب بنيتها البلورية ذات الطبقات. يحدث انتقال الحرارة في المقام الأول من خلال اهتزازات الشبكة، أو الفونونات، داخل الشبكة البلورية.

المحور ab-المستوى مقابل المحور c-.

تختلف الموصلية الحرارية للجرافيت بشكل كبير بينفي-المستوى (أب)وخارج-من-المستوى (المحور c-)الاتجاهات:

الموصلية الحرارية تعتمد بقوة علىجودة الكريستال. يظهر الجرافيت الحراري عالي التبلور- بالقرب من-النقل الصوتي المثالي، بينما يحتوي الجرافيت التجاري علىحدود الحبوب والعيوبالتي تشتت الفونونات، مما يقلل من التوصيل الحراري.

الصيغة الرئيسية (نموذج ديباي):

ك=b⋅Cp​⋅v⋅L

أين:

• K=الموصلية الحرارية
• ب=ثابت
• Cp=حرارة محددة لكل وحدة حجم
• v=سرعة الفونون
• L=يعني المسار الحر للفونونات

ومع ارتفاع درجة الحرارة، تزداد الاهتزازات الذرية، مما يقلل متوسط ​​المسار الحر LLL، وبالتالي يقلل التوصيل الحراري قليلاً.

الحرارة النوعية والتمدد الحراري

الجرافيت لديهحرارة محددة معتدلةو أمعامل التمدد الحراري المنخفض، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات درجات الحرارة المرتفعة-.

يؤدي هذا المزيج من التوصيل الحراري العالي في المستوى-والتمدد المنخفض إلى تقليل الضغط الحراري في الأجهزة التي تعمل في درجات حرارة عالية.

مقاومة الصدمات الحرارية

الجرافيتمقاومة الصدمات الحراريةممتاز بسبب تمدده الحراري المنخفض على طول المستوى-. فهو يتحمل دورات التسخين والتبريد السريعة بشكل أفضل من العديد من المعادن والسيراميك، مما يجعله مثاليًامكونات الفضاء الجوي, بطانات الفرن,وإلكترونيات عالية الطاقة-..

من الناحية العملية، تصبح بيانات التوصيل الحراري مفيدة حقًا فقط عندما تساعدك على اتخاذ القرار-درجة الجرافيت التي يجب اختيارها، وكيفية توجيهها، وما هي-المقايضات المتوقعة. سواء كنت تجري مقارنة سريعة للتعلم أو تقييم المواد لمكون حقيقي، فإن الخطوة الأكثر أهمية هي ربط الأرقام بأهداف التصميم الخاصة بك:انتشار الحرارة مقابل حجب الحرارة، والثبات خلال الدورات الحرارية، والأداء الذي يمكنك الحفاظ عليه بمرور الوقت.

إذا كنت تعمل من خلال الخيارات، فإن الطريقة البسيطة للمضي قدمًا هي إدراج ثلاثة عناصر في سطر واحد:التطبيق الخاص بك, نطاق درجة الحرارة الخاصة بك، وكيف تحتاج الحرارة إلى السفر في الجزء. حتى الملخص القصير مثل هذا عادةً ما يوضح أي المعلمات أكثر أهمية وأيها "من الجيد وجودها".

إذا كنت تريد مجموعة ثانية من العيون، فلا تتردد في مشاركة هذه الأساسيات-يسعدنا أن نوجهك إلى خصائص الجرافيت الأكثر صلة ومزالق الاختيار الشائعة، حتى تتمكن من تضييق نطاق الاختيارات بشكل أسرع مع تكرارات أقل.