Наночастицы нитрида углерода помогут уменьшить перегрев устройств | Популярный Университет

Наночастицы нитрида углерода помогут уменьшить перегрев устройств

Китайские исследователи представили лёгкий и удобный способ получения композита полиимида и наночастиц нитрида углерода

Китайские исследователи представили тандем, который позволит более эффективно отводить тепло от электронных компонентов и решить проблему перегрева устройств, — композит полиимида с наночастицами нитрида углерода. Исследование опубликовано в Composites Part B: Engineering.

Проблема перегрева устройств — одна из главнейших во всей микроэлектронике. Хорошо продуманная и реализованная система охлаждения электронных компонентов жизненно необходима всем современным устройствам.

Чтобы избежать перегрева, нужно придумать, как эффективно отвести от электронных компонентов выделяемое ими тепло и не допустить при этом разрастания габаритов устройства в целом. Одно из решений — разместить их на подложке с хорошей теплопроводностью, которая бы позволила более эффективно рассеивать тепло.

Такая подложка должна не только хорошо передавать и рассеивать тепло, но быть изолятором — не проводить электрический ток. Для этого хорошо подходят, например, полимерные материалы, такие как полиимидные плёнки —  они дешёвые, лёгкие и удобные в получении.

Но сама по себе полиимидная плёнка проводит тепло не очень хорошо. Поэтому в неё пытаются встроить вещества с более высокой теплопроводностью, например графен, углеродные нанотрубки, нитрид бора в различных модификациях. Введение их в структуру полимера увеличивает его теплопроводность в десятки раз. Однако с этими наполнителями всё ещё много проблем — от сложности процесса получения и плохой воспроизводимости результатов до проявления нежелательной электропроводности.

Китайские исследователи рассматривают альтернативный вариант наполнителя — нитрид углерода. Как и графен — это вещество с двумерной структурой, однако в отличие от него нитрид углерода обладает существенно меньшей электропроводностью.

В своей работе учёные показали удобный способ введения наночастиц нитрида углерода в полимерную матрицу. Раствор наночастиц и полиаминовой кислоты в диметилформамиде наносят на стеклянную подложку, которую затем нагревают до 60°C  в течение 4 ч. При нагревании подложки растворитель улетучивается, оставляя на поверхности тонкую плёнку. Эту плёнку отжигают в муфельной печи при температурах от 60°C  до 250°C. При этом происходит процесс имидизации — формирование окончательного полимера полиимида.

Исследователи выяснили, что в процессе испарения растворения и имидизации наночастицы нитрида углерода взаимодействуют с полимерной матрицей и самоориентируются в горизонтальной плоскости. Ориентация наночастиц имеет большое значение — именно правильно выстроенные частицы нитрида углерода позволяют создать путь для прохождения тепла по плёнке.

Полученные исследователями плёнки показали ощутимое возрастание коэффициента теплопроводности полимерного материала — 2.04 Вт/(м · К) для образца с 20%-ым содержанием наночастиц, против 0,18 Вт/(м · К) у чистого полиимида.

Как отмечают авторы, их результаты подтверждают большой потенциал такого композита в решении задач теплоотвода, расширяют область применения наночастиц нитрида углерода и показывают простой и эффективный подход к разработке теплопроводящих материалов.

Автор: Максим Мазурин
Редактор: Анастасия Воротникова

Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: