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电子系统散热挑战日益艰巨石墨烯有解决妙招

发布时间:2021-07-13人气:
本文摘要:科技发展日新月异,现今电子设备趋向轻量薄型化,内部电子元件则就越趋向于仪器简单,不仅内部元件风扇可玩性随之提升,还需顾及元件之间的电气特性以防止短路,特别是在痉挛问题关系到产品的寿命以及其充分发挥效能所需的能量多寡。有鉴于此,轻巧短小的电子产品急需较佳的风扇机制来解决问题所产生的高温问题。

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科技发展日新月异,现今电子设备趋向轻量薄型化,内部电子元件则就越趋向于仪器简单,不仅内部元件风扇可玩性随之提升,还需顾及元件之间的电气特性以防止短路,特别是在痉挛问题关系到产品的寿命以及其充分发挥效能所需的能量多寡。有鉴于此,轻巧短小的电子产品急需较佳的风扇机制来解决问题所产生的高温问题。

  根据TheMarketforThermalManagementTechnologies报告,热管理产品在全球市场的市值预估可由2015年的107亿美元茁壮至2021年的147亿美元,年填充成长率(CAGR)为5.6%,不仅表明热管理是一最重要产业,也代表市场上对热管理产品的迫切市场需求。  电子系统风扇挑战日益艰难  石墨烯具备出色的热传导特性,且热辐射系数多达0.95,因此无论就导电、风扇或热管理的角度来看,从电子元件、零组件到LED,石墨烯若能获取合乎设计市场需求的产品型态,则可有效地提高现行风扇产品的效能。

图1右图为现阶段可应用于当前产业的石墨烯产品类型。本文将集中于探究石墨烯应用于风扇涂料、散热片与热界面材料的应用于现况。    图1石墨烯热管理应用于产品分类  目前业界解决问题电子元件或是LED元件风扇问题的方法可分成主动式风扇和被动式风扇。

主动式风扇包括风扇强迫风扇和电磁喷流风扇,其中风扇强迫风扇顾名思义就是藉由风扇产生强力的空气对流,将热空气给定热源或灯具本体之外来展开风扇,用于风扇强迫风扇可以藉由调控风扇扭矩而有效地的将冷排泄,电脑或伺服器等电子产品若机构空间充裕,大都以风扇展开强迫风扇,不仅成本便宜且是非常有效地的风扇方式。  被动式风扇则包括大自然对流风扇与电路热管风扇,其中大自然对流风扇是利用散热器,例如风扇鳍片、灯具灯壳、系统电路板等和空气展开必要认识,散热器周边的空气因吸取热量沦为热空气,接着热空气下降,冷空气上升,大自然就不会造就空气产生对流,超过风扇的效果。

对于机构空间受限的电子产品,如手机或平板电脑,乃至于LED灯源等不合适安装风扇的产品,大多使用此种风扇方式。然而,此种方式的传热驱动力仅有来自热源与周围空气之温差,增大认识面积才能提升风扇效果。

  随着处理器的运作频率大大提升与高功率LED产品的发售,更加多的废热必需更大的风扇表面积,然而使用大自然对流方式的产品就是著眼于在受限空间之下提升风扇表面积,此法异于是违背想法,而且风扇鳍片的材质虽然经常搭配热传导系数较高的铝和铜等金属材料,但是金属的高温传导性不能有效地将热源的热经由单一的点蔓延到金属面,降温的机制依然要靠金属表面与空气之间的温度差以大自然热对流的形式收敛,且一般金属表面的热辐射系数偏高,表面热散能力比较严重不足,有利于以大自然风扇居多的风扇模组。要更进一步减少风扇效果,需提升热辐射效率。  石墨烯风扇涂料解决问题「烫手山芋」  石墨烯除了先前所托具备十分出色的热传导系数之外,MatsumotoT.等人找到石墨烯的热辐射发射率在红外线范围为0.99,十分相似理论黑体电磁辐射的热辐射发射率1,因此作为热辐射风扇材料有相当大的潜力;相对于铜大约0.09及铝约0.02的热辐射系数,石墨烯在风扇应用于上,兼备了热传导与热辐射的特性。

  就现实用于环境考量,风扇涂料长年处高温环境或冷热交替环境中,实际应用于上除要保持充分发挥风扇效果,还要考虑到可靠度、机械强度、成本、加工性、附着性与耐候性等性能。  此外,若是应用于终端产品,外观颜色不致也是考量重点;必要应用于元件的涂料,则有可能必须额外考量绝缘性问题。图2为一商业化石墨烯风扇涂料的产品架构。


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