أفضل 10 مواد موصلة للحرارة

مقدمة

في الهندسة المتقدمة، يعد التوصيل الحراري ضروريًا للتحكم في الحرارة في الأجهزة والآلات. المواد ذات الموصلية الحراريةالعالية تنقل الحرارة بكفاءة، مما يحسن الأداء والموثوقية. فيما يلي دليل مرتب لعشر مواد بارزة، بدءًا من المواد الأكثر توصيلًا للحرارة.

1. الجرافين (في المستوى) (~ 5000 واط/م-كلفن ، 3000 درجة مئوية)

يتصدر القائمة الجرافين، وهو جزيء واحد من ذرات الكربون. إن موصلية حرارته التي لا مثيل لها في المستوى الداخلي تجعله مناسبًا تمامًا للرقائق الدقيقة والإلكترونيات المرنة والأنظمة الحرارية لإثبات المفهوم. يمكن أن يكون الجرافين الذي لا يزال متعثراً إلى حد ما في مراحل البحث، قوة للتحسين الثوري في الإلكترونيات عالية الأداء.

2. الماس (حوالي 2200 واط/م-كس، 2000 درجة مئوية)

يوفر الماس توصيل حراري متميز مع صلابة. يُستخدم الماس في أدوات القطع عالية الأداء، وموزعات الحرارة بالليزر، والمشتتات الحرارية في مجال الطيران حيث يتطلب أداءً عالي الموثوقية في البيئات القاسية.

3. الفضة (~430 واط/م-ك)

الفضة هي أفضل موصل حراري معدني. تُستخدم الفضة في لوحات الدوائر المطبوعة والمعاجين الحرارية والمبادلات الحرارية، وهي جيدة في نقل الحرارة بعيدًا عن الإلكترونيات ولكنها مكلفة للتطبيقات الحرارية واسعة النطاق.

4. الجرافيت (داخل اللوحة) (~ 400 واط/م-كلفن ، 150 درجة مئوية)

يوفر الجرافيت توصيلًا حراريًا رائعًا داخل المستوى بجزء بسيط من تكلفة الماس أو الفضة. يعمل التركيب المستوي للجرافيت على توزيع الحرارة بشكل جيد في البطاريات ومواد التشحيم وموزعات الحرارة الإلكترونية.

5. نيتريد البورون السداسي النيتريد (h-BN، في المستوى المستوي) (~ 400 واط/م-كلفن 250 درجة مئوية)

يعتبر h-BN غير عادي من حيث أنه يوفر توصيلًا حراريًا عاليًا بالإضافة إلى العزل الكهربائي. ويستخدم في العزل في درجات الحرارة العالية، وأنظمة التبريد السائلة، وتغليف أشباه الموصلات.

6. النحاس (~ 400 واط/م-ك)

يمثل النحاس توازناً بين السعر والأداء. ويستخدم في تطبيقات الأسلاك والسباكة والتبريد، وهو موصل حراري للأغراض العامة يستخدم كهربائيًا وميكانيكيًا.

7. مركّبات الفضة والماس (~ 1000 واط/م-كلفن ، 600 درجة مئوية)

يتم إعداد مركب من الفضة والماس من قبل المهندسين لتحقيق توصيلية عالية وتشغيل في درجات حرارة عالية. ويُستخدم في إلكترونيات الطيران والأنظمة الدفاعية حيث تكون هناك حاجة إلى خصائص معدنية بالإضافة إلى خصائص الماس.

8. كربيد السيليكون (SiC) (~ 270 واط/م-كلفنة، 120 درجة مئوية)

يتم تقديرSiC لمقاومته للإجهاد والتوصيل الحراري. ويُستخدم في الإلكترونيات عالية الطاقة والمكونات الخزفية والأنظمة التي تتطلب مقاومة للحرارة إلى جانب طول العمر.

9. الألومنيوم (~205 واط/م-ك)

الألومنيوم مقاوم للتآكل وخفيف الوزن وسهل الإنتاج. يُستخدم في تطبيقات السيارات والمبردات والإلكترونيات الاستهلاكية، ويوفر توصيلًا مناسبًا في التطبيقات التي يكون فيها الوزن عاملًا مهمًا.

10. نيتريد الألومنيوم (AlN) (~180 واط/م-كلفن ، 140 درجة مئوية)

يوفر AlN توصيلًا حراريًا من الدرجة الأولى مع عزل كهربائي، مما يجعله مناسبًا للإلكترونيات الدقيقة والدوائر عالية التردد والإدارة الحرارية الرقيقة.

جدول ملخص

لمزيد من البيانات المحددة والدعم الفني، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

الخلاصة

تلبي هذه المواد طيفًا واسعًا من المواصفات الهندسية، بدءًا من الموصلية الرائدة للجرافين داخل المستوى إلى اقتران نيتريد الألومنيوم بين العزل والتوصيل الحراري. يعتمد الاختيار بين المواد المناسبة على نطاق درجة الحرارة والخصائص الكهربائية والنفقات واحتياجات الأداء المحددة.

الأسئلة المتداولة

س: لماذا تتمتع المادة بالتوصيل الحراري؟

س: يؤثر الترابط الذري والبنية على قدرة المادة على توصيل الحرارة.

و: كيف تُستخدم الموصلية الحرارية العالية في الإلكترونيات؟

س: تساعد على تبديد الحرارة الزائدة وتحمي المكونات وتحافظ على تشغيل الجهاز.

ف: هل تُستخدم هذه المواد في ظروف درجات الحرارة القصوى؟

ج: نعم، يعمل العديد منها بشكل جيد جدًا حتى في درجات الحرارة المرتفعة، مما يضمن الموثوقية في البيئات الصعبة.