導熱吸波雙功能材料
導熱吸波材料,是指能吸收投射到它表面的電磁波能量并且反射、折射和散射都很小的一類材料,材料具有相對重量輕、不易碎、吸收頻帶寬、吸收性能好、耐候性強、抗老化、易彎折、易于加工切割、耐濕、耐壓、長期使用、無毒環保等優點。它廣泛應用在智能手機、數碼相機、計算機、路由器、交換機、網絡通訊、紅外線熱成像儀、安防設備、醫療電子、汽車電子、航空航天、軍工電子、光模塊、集成電路、散熱片、高頻IC與RF模組。導熱吸波材料既降低了電子元器件和設備的電磁干擾,保證了信號傳輸的穩定性,同時保證了其溫度穩定性和電氣性能的一致性。由于該材料具有導熱和吸波雙功能,為電子元器件的設計提供了一種全新的解決方案,便于設計和組裝,既提高設備穩定性的同時,又降低了設計制造成本。
隨著電子設備功率密度的提高,電子器件的電磁兼容和散熱問題日趨嚴重,兼具雙功能特性的導熱吸波材料成為解決該問題的新趨勢。目前,該類材料主要的研發思路是在高分子基體中同時加入導熱填料和吸波劑以實現材料的導熱吸波雙功能。然而,橡膠等高分子材料中功能填料添加量存在最大限度,導熱填料與吸波劑添加量存在此消彼長的問題,難以實現兩種性能的協同提升。目前,尚無有效手段解決這一難題,只能通過協調兩種功能填料的添加比例,確定材料導熱和吸波性能的最優平衡點。
人們在通過導熱硅橡膠解決散熱問題的同時,發現電子設備的電磁污染、信息泄露等問題也變得越來越嚴重。在密閉環境中大量電子元器件在工作時會向外界發射電磁輻射,對周圍設備造成電磁干擾,需要在電子元器件表面貼合吸波材料來解決這一問題。而電子設備內部空間狹小,導熱硅橡膠已經占據了器件表面縫隙空間,無法疊加使用吸波材料。因此,導熱吸波材料已經成為解決電子設備高效散熱和電磁兼容問題最有效的手段。
目前,市場出現了各類型的導熱吸波貼片、導熱吸波涂料、導熱吸波殼體等產品,這類產品具有電磁雜波吸收功能良好和體積小、使用方便等優點,同時導熱性能優于傳統吸波材料,可以降低設備內部熱阻值,增強產品的散熱能力,平衡熱量與電磁干擾帶來的雙重問題。導熱吸波材料整體研發思路大致相同,即向高分子基體中添加功能填料使材料具有導熱或吸波功能。吸波材料通常在基體中添加鐵氧體、羰基鐵、羥基鐵、羥基鎳、羥基鈷、導電聚苯胺、鈦酸鋇、石墨、碳纖維等吸波劑以獲得優異的吸波性能,但填料與基體的導熱系數普遍偏低。導熱材料目前多采用氧化鋁、氧化鎂、氮化鋁、氮化硅、氮化硼等絕緣填料,這些填料均不具備吸波功能。各研發單位通常在前期導熱材料、吸波材料的研究基礎上,通過在基體材料中混合加入傳統導熱填料和吸波劑,獲得兼具導熱、吸波功能的材料。
然而,由于橡膠等基體材料中功能填料的加入總量存在上限,某種(導熱、吸波)填料添加量的提升必然造成另一種功能填料添加量的降低,使得導熱吸波材料的導熱性能與吸波性能存在此消彼長的矛盾,難以實現材料導熱性能和吸波性能的同步提升。目前導熱吸波材料的研發只能通過綜合協調兩種填料的添加比例來平衡材料的導熱、吸波兩種性能指標,無法滿足敏感電子器件對材料兼具電磁波吸收功能和高效熱傳導能力的要求。
導熱吸波材料的研發方法較為簡單、常規,但制備出的導熱吸波材料難以實現高效熱傳導性能和強電磁波吸收的兼容。國內外學者從導熱、吸波單一功能材料的開發思路出發,尋找產生問題的原因,發現在材料微觀結構設計過程中,需要材料內的吸波成分充分分散、隔離,以提高吸波效果、拓寬頻率范圍,而要提高材料的導熱性能,要求材料內部高連續、低缺陷,形成熱通路網鏈結構,導致材料的導熱、吸波應用在結構方面存在設計矛盾,特別是導熱填料的加入還會影響吸波劑功能的發揮,不利于材料吸波性能的設計,增加了導熱吸波材料的開發難度和成本,延長了開發周期。同時,導熱吸波材料主要是由導熱填料、吸波劑以及橡膠高分子基體組成,當導熱劑和吸波劑的含量較高時,會帶來如材料的黏度增大、成型困難和成本提高等諸多問題,影響其在實際中的應用。
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