Pam Mae Dargludedd Thermol Nanotiwbiau Carbon Mor Uchel?

Yn y cylchoedd rheoli thermol ac afradu gwres sglodion, mae nanotiwbiau carbon wedi cael eu hystyried ers amser maith fel yr "un a ddewiswyd" i dorri'r cloi. Fodd bynnag, mae llawer o beirianwyr yn ddi-sail pan fyddant yn eu defnyddio mewn gwirionedd i wneud saim neu badiau dargludol thermol: sut gall y data anhygoel o 3000 W/mK a geir yn y llenyddiaeth arwain at lai na 10 W/mK yn eu dwylo eu hunain? Hyd yn oed yn fwy rhwystredig yw'r gwahaniaeth eithafol mewn perfformiad thermol rhwng dau ben yr un tiwb. Pam mae dargludedd thermol nanotiwbiau carbon mor uchel? Pam mae'r gwahaniaeth rhwng cyfeiriad echelinol a rheiddiol mor fawr? Nid yw hwn yn fater paramedr materol syml o bell ffordd, ond mae'n ymwneud â rhesymeg sylfaenol cyfyngu cwantwm a ffiseg ffonon. Heddiw, byddwn yn neilltuo cysyniadau fflachlyd ac yn defnyddio data craidd caled i ddatgelu cardiau dargludedd thermol CNTs yn llwyr.

1. Ffynhonnell Dargludiad Thermol: Sut Mae Nanotiwbiau Carbon yn Cyflawni Trosglwyddo Gwres yn y Pen draw?

Mae dargludedd thermol hynod o uchel nanotiwbiau carbon yn tarddu o'u rhwydwaith bondiau cofalent croesryw sp² perffaith, sy'n caniatáu i wres gael ei drosglwyddo trwy gludiant ffonon balistig gyda bron dim colled gwasgariad ar y raddfa ficrosgopig.

Mae metelau'n dibynnu ar electronau rhydd ar gyfer dargludiad thermol, tra bod nanotiwbiau carbon yn dibynnu ar ddargludiad ffonon (trosglwyddo gwres dirgryniad dellt). Pam mae dargludedd thermol nanotiwbiau carbon mor uchel? Mae'r craidd yn gorwedd yn eu strwythur perffaith wedi'i rolio â dalennau graphene a ffurfiwyd gan fondiau carbon carbon hynod anhyblyg. Pan fydd phonons (tonnau dirgrynol delltog wedi'u meintioli) yn ymledu ar hyd wal tiwb sengl heb unrhyw ffiniau grawn, dadleoliadau nac amhureddau, mae eu llwybr rhydd cymedrig yn hir iawn (hyd at y raddfa micron). Mae'r gwasgariad hwn -"cludiant balistig" am ddim yn gwneud gwrthiant thermol yn agosáu at sero, gan roi terfyn dargludedd thermol cynhenid ​​iddynt sy'n rhagori ar ddiemwnt ac arian.

2. Anisotropi: Pam Mae'r Gwahaniaeth rhwng Cyfarwyddiadau Echelinol a Rheiddiol Mor Fawr?

Mae'r gwahaniaeth enfawr mewn dargludedd thermol echelinol a rheiddiol yn deillio'n sylfaenol o anghymesuredd eithafol dwysedd ffonon mewn gwahanol ddimensiynau a achosir gan yr un effaith cyfyngu cwantwm un dimensiwn, a'r ffaith bod y cyfeiriad rheiddiol yn dibynnu ar rymoedd van der Waals yn unig hynod o wan.

Mae hwn yn bwynt y mae llawer o bobl yn ei chael yn anodd ei ddeall: ar gyfer yr un tiwb, pam mae'r gwahaniaeth mor fawr? Yn y cyfeiriad echelinol, mae ffonons yn hedfan ar gyflymder uchel ar hyd y bondiau cofalent sp² di-dor heb rwystr. Yn y cyfeiriad rheiddiol (trwy wal y tiwb), nid oes bondiau cofalent cryf yn cysylltu haenau carbon cyfagos nac yn cyfateb i ddulliau ffonon. Gall trosglwyddo gwres rheiddiol ddibynnu ar rymoedd interlayer van der Waals hynod o wan (yn debyg i'r awyrennau llithro rhwng haenau graffit). Pan fydd phonons yn lluosogi ar draws haenau, maent yn dioddef gwasgariad ffonon difrifol a diffyg cyfatebiaeth modd, gan achosi ymwrthedd thermol i gynyddu'n esbonyddol. Mae hyn yn debyg i'r gwahaniaeth rhwng priffordd (echelinol) a chors fwdlyd (rheiddiol).

3. Cymhariaeth â Copr/Silicon: Pwy sy'n Agored ar y Nanoscale?

Yn wahanol i gopr a silicon, sy'n dibynnu ar gludiant electronau ar gyfer dargludiad thermol, mae nanotiwbiau carbon, gyda'u mecanwaith dargludiad thermol yn bennaf, yn dangos maint uwch-gwrthiant effaith a-ynysu uchel-nodweddion dargludedd thermol ar y nanoscale.

Pam mae dargludedd thermol nanotiwbiau carbon mor uchel? Daw'r fantais yn fwy amlwg o'i gymharu â deunyddiau traddodiadol. Mae dargludedd thermol copr a silicon yn ddibynnol iawn ar electronau. Pan fydd y linewidth yn crebachu i nanoscale sglodion rhyng-gysylltu, mae electronau'n gwasgaru'n dreisgar ar arwynebau a ffiniau grawn (effaith maint), gan achosi i ddargludedd thermol copr ostwng mwy na 50%. Fodd bynnag, mae cludiant ffonon balistig CNTs yn hynod ansensitif i ddimensiynau nanoraddfa, gan gynnal dargludedd thermol ultra-hyd yn oed o dan 10 nm. Ar yr un pryd, mae CNTs naill ai'n insiwleiddio'n drydanol (tiwbiau lled-ddargludol) neu'n gwrthsefyll - isel, gan alluogi "dargludedd thermol uchel inswleiddio" - rhywbeth na all silicon a chopr ei gyflawni o gwbl.

4. Dilema Macrosgopig: Pam Mae Eich Dargludedd Thermol Mesuredig Bob amser yn Syrthio'n Byr Byr?

Mae'r gostyngiad sydyn mewn dargludedd thermol nanotiwbiau carbon mewn cyfansoddion macrosgopig yn cael ei achosi gan y gwrthiant thermol cyswllt rhyng-tiwb enfawr (ymwrthedd Kapitza) sy'n rhwystro'r llwybr cludo ffonon yn ddifrifol.

Mae theori yn hynod o gryf, ond mae realiti yn hynod o wan. Mae gan un tiwb dargludedd thermol echelinol o 3000 W/mK, ond gallai ychwanegu 5% at blastig arwain at ddargludedd thermol cyffredinol o 1.5 W/mK yn unig. Pam? Oherwydd mae'n rhaid i wres sy'n lluosogi trwy'r matrics neidio o un tiwb i'r llall. Mae'r broses hon o groesi bylchau rhwng tiwbiau a rhyngwynebau gwan van der Waals yn cynhyrchu ymwrthedd Kapitza hynod o uchel. Adlewyrchir ffonau yn ôl cyn gynted ag y byddant yn cyrraedd y rhyngwyneb, gan fethu â throsglwyddo o gwbl. Os yw'r CNTs yn dal i gael eu crynhoi'n dynn yn y matrics, nid yw gwres hyd yn oed yn cael cyfle i fynd i mewn i'r tiwbiau, ac mae'r crynoadau'n dod yn waliau inswleiddio thermol.

5. Torri Drwodd Gwneuthurwr: Sut Mae Shandong Tanfeng yn Cyflawni Potensial Dargludedd Thermol Ultimate CNTs?

Dibynnu ar wneuthurwr ffynhonnell fel Shandong Tanfeng sy'n meistroli'r technolegau craidd o addasu cymhareb agwedd uchel ac ymglymiad yw'r llwybr allweddol i groesi'r rhwystr gwrthiant thermol cyswllt rhyng-tiwb a sylweddoli dargludedd thermol terfynol nanotiwbiau carbon.

Gan fod yr achos sylfaenol yn gorwedd mewn ymwrthedd thermol rhyngwyneb a chrynhoad, yr ateb yw "llai o orgyffwrdd, mwy o ymledu." Fel gwneuthurwr CNT proffesiynol, mae Shandong Tanfeng New Material Technology Co, Ltd yn agor y sianeli dargludiad thermol i chi o'r diwedd synthesis:

Mae Cymhareb Agwedd Uchel Iawn-Yn Lleihau Gwrthiant Thermol: Each time heat flow passes through a tube-end interface, half the energy is lost. Through precise catalysis, Shandong Tanfeng mass-produces high-quality CNTs with aspect ratios >1500. Po hiraf y tiwbiau, y lleiaf o nodau gorgyffwrdd, a cholli phonons croesi rhyngwynebau yn lleihau'n esbonyddol, gan adeiladu'r rhwydwaith dargludiad thermol ystod hiraf gyda'r lleiaf o bwyntiau gorgyffwrdd.

Yn{0}}Situ De-Mae Cysylltiad yn Dileu Parthau Marw Inswleiddio Thermol:Gan dargedu'r waliau insiwleiddio thermol a achosir gan grynhoad, mae Shandong Tanfeng yn defnyddio llif aer deinamig perchnogol mewn-situ de-technoleg ymgysylltu. Mae'r powdr yn blewog ac yn cael ei wlychu'n hawdd, gan ganiatáu-diwb sengl i ymledu o dan gneifio isel i lawr yr afon, gan ddileu parthau marw inswleiddio thermol yn llwyr a chaniatáu i ffonnau basio'n syth drwodd.

Addasu a Gludo Arwyneb wedi'i Addasu:Er mwyn lleihau ymhellach y gwrthiant thermol rhyngwynebol rhwng CNTs a'r matrics resin, mae Shandong Tanfeng yn darparu addasu grŵp swyddogaethol arwyneb a phastau gwasgaredig cyn cynnwys solet uchel. Trwy fondio cemegol "glanio meddal," mae phonons yn cael eu trosglwyddo'n ddi-dor o'r matrics i'r briffordd CNT. Mae canlyniadau mesuredig yn dangos y gellir gwella dargludedd thermol cyfansoddion potio / saim thermol fwy na 300%.

Casgliad

Gan ddychwelyd at y cwestiynau craidd: pam mae dargludedd thermolnanotiwbiau carbonmor uchel? Pam mae'r gwahaniaeth rhwng cyfeiriad echelinol a rheiddiol mor fawr? Mae hon yn wyrth gorfforol a grëwyd gan gludiant ffonon balistig ac un cyfyngiad cwantwm dimensiwn yn gweithio gyda'i gilydd. Mae'r briffordd bond cofalent echelinol a chors laid radial van der Waals yn ffurfio ei anisotropi eithafol. Nid yw perfformiad gwael mewn cymwysiadau macrosgopig oherwydd bod CNTs yn annigonol, ond oherwydd bod gwrthiant thermol rhyng-tiwb yn torri oddi ar y llwybr ffonon. Gall cydnabod y realiti hwn, a dibynnu ar y gymhareb agwedd uchel, yn y sefyllfa, a thechnolegau addasu rhyngwyneb gwneuthurwr ffynhonnell fel Shandong Tanfeng, eich helpu i groesi'r bwlch o ficrosgopig i facrosgopig, gan wneud nanotiwbiau carbon yn arf eithaf ym maes rheoli thermol.