石墨烯具有優(yōu)異的熱傳導(dǎo)特性,且熱輻射系數(shù)超過(guò)0.95,因此無(wú)論就導(dǎo)熱、散熱或熱管理的角度來(lái)看,從電子元件、零組件到LED,石墨烯若能提供符合設(shè)計(jì)需求的產(chǎn)品型態(tài),則可有效改善現(xiàn)行散熱產(chǎn)品的效能。 科技發(fā)展日新月異,現(xiàn)今電子設(shè)備趨向輕量薄型化,內(nèi)部電子元件則越趨向于精密復(fù)雜,不僅內(nèi)部元件散熱難度隨之提高,還須兼顧元件之間的電氣特性以避免短路,尤其發(fā)熱問(wèn)題關(guān)系到產(chǎn)品的壽命以及其發(fā)揮效能所需的能量多寡。有鑒于此,輕薄短小的電子產(chǎn)品亟需更佳的散熱機(jī)制來(lái)解決所產(chǎn)生的高熱問(wèn)題。 根據(jù)The Market for Thermal Management Technologies報(bào)告,熱管理產(chǎn)品在全球市場(chǎng)的市值預(yù)估可由2015年的107億美元成長(zhǎng)至2021年的147億美元,年復(fù)合成長(zhǎng)率(CAGR)為5.6%,不僅顯示熱管理是一重要產(chǎn)業(yè),也代表市場(chǎng)上對(duì)熱管理產(chǎn)品的殷切需求。 電子產(chǎn)品部件中大量使用集成電路。眾所周知,高溫是集成電路的大敵。高溫不但會(huì)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn),使用壽命縮短,甚至有可能使某些部件燒毀,攜帶式設(shè)備還會(huì)對(duì)人體造成傷害。 導(dǎo)致高溫的熱量不是來(lái)自電子設(shè)備外,而是電子設(shè)備內(nèi)部,或者說(shuō)是集成電路內(nèi)部。散熱部件的作用就是將這些熱量吸收,發(fā)散到設(shè)備內(nèi)或者設(shè)備外,保證電子部件的溫度正常。 一般來(lái)說(shuō),散熱方式可簡(jiǎn)分為被動(dòng)散熱及主動(dòng)散熱。 主動(dòng)散熱:通過(guò)外力推動(dòng)流體循環(huán),帶走熱量。 被動(dòng)散熱:是利用物理學(xué)熱脹冷縮的原理,流體自然循環(huán)散熱或利用固體流體的比熱容吸收熱量使其達(dá)到散熱的目的。 主動(dòng)散熱:通過(guò)外力推動(dòng)流體循環(huán),帶走熱量。 散熱方式可細(xì)分為熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流及熱輻射。 熱傳導(dǎo):(thermal conduction) 是介質(zhì)內(nèi)無(wú)宏觀運(yùn)動(dòng)時(shí)的傳熱,熱量從系統(tǒng)的一部分傳到另一部分或由一個(gè)系統(tǒng)傳到另一個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)象,其在固體、液體和氣體中均可發(fā)生。 熱對(duì)流:(thermal convection) 是指由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)而引起的流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移(對(duì)流),冷熱流體相互摻混所引起的熱量傳遞過(guò)程,對(duì)流傳熱可分為強(qiáng)迫對(duì)流和自然對(duì)流。強(qiáng)迫對(duì)流,是由于外界作用推動(dòng)下產(chǎn)生的流體循環(huán)流動(dòng)。自然對(duì)流是由于溫度不同密度梯度變化,重力作用引起低溫高密度流體自上而下流動(dòng),高溫低密度流體自下而上流動(dòng) 熱輻射 (thermal radiation ) 是一種物體用電磁輻射的形式把熱能向外散發(fā)的熱傳方式。它不依賴任何外界條件而進(jìn)行。 其中風(fēng)扇強(qiáng)制散熱顧名思義就是藉由風(fēng)扇產(chǎn)生強(qiáng)力的空氣對(duì)流,將熱空氣導(dǎo)出熱源或燈具本體之外來(lái)進(jìn)行散熱,使用風(fēng)扇強(qiáng)制散熱可以藉由調(diào)控風(fēng)扇轉(zhuǎn)速而有效的將熱排出,電腦或伺服器等電子產(chǎn)品若機(jī)構(gòu)空間充足,大都以風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制散熱,不僅成本低廉且是相當(dāng)有效的散熱方式。 被動(dòng)式散熱則包含自然對(duì)流散熱與回路熱管散熱,其中自然對(duì)流散熱是透過(guò)散熱器,例如散熱鰭片、燈具燈殼、系統(tǒng)電路板等和空氣進(jìn)行直接接觸,散熱器周邊的空氣因吸收熱量成為熱空氣,接著熱空氣上升,冷空氣下降,自然就會(huì)帶動(dòng)空氣產(chǎn)生對(duì)流,達(dá)到散熱的效果。對(duì)于機(jī)構(gòu)空間有限的電子產(chǎn)品,如手機(jī)或平板電腦,乃至于LED燈源等不適合加裝風(fēng)扇的產(chǎn)品,大多采用此種散熱方式。然而,此種方式的熱交換驅(qū)動(dòng)力僅來(lái)自熱源與周?chē)諝庵疁夭?,加大接觸面積才能提高散熱效果。 隨著處理器的運(yùn)作頻率不斷提高與高功率LED產(chǎn)品的推出,越來(lái)越多的廢熱需有更大的散熱表面積,然而采用自然對(duì)流方式的產(chǎn)品就是著眼于在有限空間之下提高散熱表面積,此法無(wú)異是有違初衷,而且散熱鰭片的材質(zhì)雖然常選用熱傳導(dǎo)系數(shù)較高的鋁和銅等金屬材料,但是金屬的高熱傳導(dǎo)性只能有效將熱源的熱經(jīng)由單一的點(diǎn)擴(kuò)散到金屬面,降溫的機(jī)制仍然要靠金屬表面與空氣之間的溫度差以自然熱對(duì)流的形式發(fā)散,且一般金屬表面的熱輻射系數(shù)偏低,表面熱散能力相對(duì)不足,不利于以自然散熱為主的散熱模組。要進(jìn)一步增加散熱效果,須提高熱輻射效率。 |
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