افزایش هدایت حرارتی رزین‌ها با افزودن نانوسیم‌های نقره و نیترید بور

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، یافته‌های اخیر محققان نشان می‌دهد که افزودن نانوسیم‌های نقره (AgNWs) همراه با نانوصفحه‌های شش ضلعی نیترید بور (BN) به‌عنوان پرکننده برای افزایش هدایت حرارتی رزین اپوکسی (EP) قابل استفاده هستند.

مواد پلیمری مانند رزین‌های اپوکسی در مقایسه با سایر مواد، خواص عملکردی برتری دارند و خواص آن‌ها را می‌توان برای برآوردن نیاز‌های خاص از طریق تغییرات ساختاری تغییر داد. یکی از ویژگی‌های اساسی مواد پلیمری محافظت الکتریکی و انسجام فوق‌العاده آن‌ها است. در نتیجه، آن‌ها به طور گسترده در موتورها، قطعات الکتریکی، LED، هوانوردی و سایر صنایع استفاده می‌شوند.

با پیشرفت فناوری، ابزار‌های الکتریکی فشرده می‌شوند و در عین حال گرمای بیشتری تولید می‌کنند. این افزایش انتشار گرما منبعی بر تجمع گرما است که منجر به کاهش عمر مفید ابزار‌های الکتریکی می‌شود. به‌همین دلیل، قابلیت اتلاف حرارتی آن باید بهبود یابد و دمای عملیاتی آن باید در محدوده سالم نگه داشته شود.

رسانایی حرارتی کم مواد پلیمری کاربرد آن‌ها را محدود می‌کند. در نتیجه، ایجاد یک ماتریس اپوکسی پلیمری با هدایت گرمایی و محافظت عالی بسیار مهم است.

در حال حاضر، راهبرد استاندارد انتخاب نانوذرات معدنی خاص با خواص حرارتی برتر به‌عنوان پرکننده است که سپس با مواد پلیمری مخلوط می‌شوند تا کامپوزیت‌های رسانای دمایی برتر ایجاد کنند. فلزاتی مانند آلومینیوم، مس و منیزیم و همچنین ترکیبات کربن پرکننده‌های رایج هستند. با این وجود، رسانایی حرارتی بالای این پرکننده‌ها، عایق بودن نانوکامپوزیت را تا حد زیادی کاهش می‌دهد و استفاده از آن‌ها را در موتورها، دستگاه‌های الکترونیکی و ابزار‌های الکتریکی محدود می‌کند.

به‌دلیل شبکه بلوری مولکولی متراکم، رسانایی حرارتی برتر، و محافظ الکترومغناطیسی کارآمد، پرکننده‌های نیترید به تازگی مورد توجه قرار گرفته‌اند.

سازگاری نیترید بور (BN) آن را برای طیف وسیعی از اهداف ایده‌آل می‌کند. BN و گرافن می‌توانند انتقال حرارت جانبی را در سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی تقویت کنند و گنجاندن BN در پلیمر‌ها می‌تواند رسانایی حرارتی کامپوزیت‌ها را تا حد زیادی افزایش دهد در حالی که بر کیفیت عایق الکتریکی آن‌ها تأثیر نمی‌گذارد.

نتایج نشان می‌دهد که رزین‌های دارای پرکننده‌های نقره نسبت به سایر مواد، مدول ذخیره‌سازی بهتری دارند که به دلیل اتصال عرضی برتر لایه‌های کامپوزیت و پرکننده است. این موضوع همچنین یک عامل اصلی در افزایش استحکام و یکپارچگی سازه است که منجر به تغییر شکل کم تحت تنش می‌شود.

چقرمگی کامپوزیت‌ها با افزایش مقدار AgNWs در پرکننده‌های کامپوزیت کاهش می‌یابد. این مطالعه نشان داد که هر چه مقدار AgNWs در پر کردن کامپوزیت‌ها بیشتر باشد، دمای تجزیه کامپوزیت در همان فاز کمتر می‌شود. کامپوزیت‌هایی که دارای AgNW بیشتری در پرکننده‌هایشان بودند، دمای شکست حرارتی کمتری نسبت به کامپوزیت‌های بدون آن داشتند. از آنجایی که AgNW‌ها دارای نفوذپذیری حرارتی بسیار بالاتری نسبت به رزین‌های اپوکسی هستند، گنجاندن BN ظرفیت گرمایی کامپوزیت را افزایش می‌دهد. هنگامی که AgNW وجود نداشته باشد، نانوالیاف BN در داخل ماتریس‌ها به هم متصل نمی‌شوند، و اجازه می‌دهند گرما به آرامی بین نانوساختار BN جریان یابد و به راحتی از بین برود. این واقعیت که ثابت دی الکتریک کامپوزیت با افزایش غلظت AgNWs کاهش می‌یابد یک کشف کلیدی بود.

در نتیجه باید گفت که افزودن پرکننده‌ها خواص فیزیکی و حرارتی رزین‌های اپوکسی را افزایش داده و طول عمر بیشتر آن‌ها را تضمین می‌کند.