تھرمل انٹرفیس مواد کی تحقیقی پیشرفت

تھرمل انٹرفیس مواد بنیادی طور پر تھرمل کوندکٹو فلرز اور پولیمر پر مشتمل ہوتا ہے۔ تھرمل طور پر کنڈکٹیو فلر کا اضافہ پولیمر کی تھرمل چالکتا کو بہتر بناتا ہے، جبکہ پولیمر کی اچھی لچک، کم قیمت، اور آسان پروسیسنگ اور مولڈنگ کے فوائد کو برقرار رکھتا ہے۔ تھرمل انٹرفیس مواد کی تھرمل چالکتا فلر فریکشن پر منحصر ہے۔ جب فلر فریکشن ناکافی ہوتا ہے تو، منتشر انفرادی ذرات ملحقہ ذرات (شکل 5(a)) کے ساتھ رابطے میں نہیں آسکتے ہیں، اور تھرمل طور پر کنڈکٹیو پارٹیکل نیٹ ورک نہیں بن سکتا۔ جب فلر فریکشن ایک خاص سطح (پرکولیشن تھریشولڈ) تک پہنچ جاتا ہے، تو ایک مسلسل تھرمل نیٹ ورک بننا شروع ہو جاتا ہے (شکل 5(b))، تاکہ پولیمر کمپوزٹ کی تھرمل چالکتا تیزی سے بڑھ جائے۔

تاہم، 20 W/mK سے زیادہ کی تھرمل چالکتا اور 0.01 Kcm2/W سے کم کے انٹرفیس تھرمل مزاحمتی قدر کو کیسے تیار کرنا ابھی بھی ایک بہت بڑا چیلنج ہے۔ اس مشکل کے جواب میں، نیشنل کی R&D پروگرام کی فنڈنگ ​​کے تحت- اسٹریٹجک ایڈوانسڈ الیکٹرانک میٹریلز کلیدی خصوصی پروجیکٹ، جس کی قیادت محقق سن رونگ، شینزن انسٹی ٹیوٹ آف ایڈوانسڈ ٹیکنالوجی، چائنیز اکیڈمی آف سائنسز، اور شنگھائی جیاوٹونگ کر رہے ہیں۔ یونیورسٹی، ساؤتھ ایسٹ یونیورسٹی، ٹونگجی یونیورسٹی، اور سوزو نانو، چائنیز اکیڈمی آف سائنسز دی انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی اینڈ نینو بائیونکس، ننگبو انسٹی ٹیوٹ آف میٹریلز، چائنیز اکیڈمی آف سائنسز اور شنگھائی یونیورسٹی نے اعلیٰ کارکردگی والے تھرمل انٹرفیس مواد کے مالیکیولر ڈیزائن کو انجام دیا ہے۔ انٹرفیس تھرمل مزاحمت کی مائیکرو نینو پیمانے کی پیمائش، اور اعلی کارکردگی والے تھرمل انٹرفیس مواد کو تیار کرنے کے لیے انٹرفیس میں صوتی-الیکٹرانک کپلنگ میکانزم کا حساب اور نقل۔ اس بنیاد پر، تیار شدہ تھرمل انٹرفیس مواد کو ہائی پاور ڈینسٹی الیکٹرانک آلات پر لاگو کیا جاتا ہے، اور ہائی پاور ڈینسٹی الیکٹرانک آلات میں اس کے عام استعمال کی تصدیق کی جاتی ہے۔

سیرامکس میں اعلی تھرمل چالکتا اور بہترین برقی موصلیت بھی ہوتی ہے، جو خاص طور پر ان علاقوں کے لیے موزوں ہے جن کو برقی موصلیت کی ضرورت ہوتی ہے۔ سیرامک ​​فلرز میں جن کی اطلاع دی گئی ہے، بوران نائٹرائڈ (BN) میں بہت زیادہ تھرمل چالکتا ہے اور یہ تھرمل مینجمنٹ ایپلی کیشنز میں سب سے پرکشش تحقیقی چیز بن رہی ہے۔ 2017 میں، Zhang et al. ویکیوم فلٹریشن کے ذریعے H-BN جھلی کو وقت پر تیار کیا، اور پانی میں گھلنشیل پولیمر پولی ونائل الکحل کو h-BN میں گھسایا تاکہ h-BN/پولی وینیل الکحل مرکب مواد بنایا جا سکے۔ تیاری کا عمل تصویر 6(a) میں دکھایا گیا ہے۔ جب h-BN کا مواد 27 vol% ہے، زیادہ سے زیادہ اندرون اور جہاز سے باہر تھرمل چالکتا بالترتیب 8.44 W/m·K اور 1.63 W/m·K تک پہنچ سکتی ہے (شکل 6(b))۔ اس کے علاوہ، Yu et al. ویکیوم ہاٹ پریسنگ کا استعمال کرتے ہوئے تیار کردہ h-BN/تھرمو پلاسٹک پولی یوریتھین کمپوزٹ۔ جب h-BN کا مواد 95 wt% ہوتا ہے، تو جامع مواد کی جہاز میں تھرمل چالکتا 50.3 W/m·K تک زیادہ ہوتی ہے، جو کہ Fu et al کے رپورٹ کردہ نتائج سے مطابقت رکھتی ہے۔

ہیٹ کیریئر کے طور پر الیکٹرانوں کے استعمال کی وجہ سے دھاتوں میں اعلی اندرونی تھرمل چالکتا ہوتی ہے، اور یہ تھرمل انٹرفیس مواد کے لیے عام طور پر استعمال ہونے والا تھرمل طور پر کنڈکٹیو فلر بن گیا ہے۔ مثال کے طور پر، Xu et al. الیکٹروڈپوزیشن کا طریقہ استعمال کیا تاکہ ایک انتہائی اورینٹڈ Ag تھرمل طور پر conductive نیٹ ورک تیار کیا جا سکے۔ اس کے ذریعہ تیار کردہ تھرمل انٹرفیس مواد میں تھرمل چالکتا 30.3 W/m·K ہے، جو کہ بے ترتیب بازی کے طریقہ کار (1.4 W/m·K) سے تیار کردہ پولیمر مرکب سے کہیں زیادہ ہے۔ وانگ وغیرہ۔ پتہ چلا کہ ایک ہی فلر مواد (0.9 wt%) کے تحت، تانبے کے نانوائرز میں پولیمر کی تھرمل چالکتا کو سلور نینوائرز کے مقابلے میں بہتر بنانے کی زیادہ صلاحیت ہوتی ہے۔ اس کے علاوہ، دھات اور پولیمر کے درمیان انٹرفیس تھرمل مزاحمت کو کیسے کم کرنا بہت اہم ہے۔ دھات کی سطح پر نامیاتی مالیکیولز یا غیر نامیاتی فلرز کی ترمیم کو بہتر بنانا دھات اور پولیمر کے درمیان تعامل کی قوت کو بڑھا سکتا ہے، اور پھر دھات اور پولیمر کے درمیان انٹرفیس کو کم کر سکتا ہے۔ تھرمل مزاحمت، پولیمر مرکب کی تھرمل چالکتا کو بہتر بنانے کے. اس کے علاوہ، جیونگ وغیرہ۔ نے حال ہی میں PDMS میٹرکس میں مائع دھاتی فلر کا تصور متعارف کرایا ہے تاکہ اعلی تھرمل چالکتا، لچک اور اسٹریچ ایبلٹی کے ساتھ تھرملاسٹک باڈی بنائی جا سکے۔ دھات پر مبنی تھرمل انٹرفیس مواد کی ایک اور اہم تحقیقی سمت ہے - مسلسل دھات پر مبنی تھرمل انٹرفیس مواد۔ مثال کے طور پر، Sn-Ag-Cu پر مبنی مرکبات یا Sn-Bi کو الیکٹرانک پیکیجنگ میں معیاری لیڈ فری سولڈر کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے، اور اکثر تھرمل انٹرفیس مواد کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ اس کے فوائد اعلی تھرمل چالکتا، کم انٹرفیس تھرمل مزاحمت، اعلی وشوسنییتا اور کم قیمت ہیں۔ مائع دھات ایک تھرمل انٹرفیس مواد ہے جس نے حالیہ برسوں میں بہت زیادہ توجہ مبذول کی ہے۔ اس کا بنیادی جزو دھاتی گیلیم (Ga) اور اس کے مرکبات ہیں۔ اس میں کم پگھلنے والے نقطہ، چپس کے ساتھ اچھی گیلی صلاحیت، اور کم انٹرفیس تھرمل مزاحمت کے فوائد ہیں۔ تاہم، مائع دھات پر مبنی تھرمل انٹرفیس مواد کے لیے سب سے بڑا مسئلہ اور چیلنج ہے کہ اسے بہنے سے کیسے روکا جائے۔