जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉनिक घटकों का एकीकरण घनत्व और शक्ति घनत्व बढ़ता जा रहा है, पारंपरिक थर्मल प्रबंधन सामग्री अत्यधिक अनुप्रयोग परिदृश्यों की मांगों को पूरा करने के लिए तेजी से संघर्ष कर रही है। शोधकर्ता अब गर्मी को "निर्देशित" तरीके से प्रवाहित करने में सक्षम बनाने के लिए नए तरीकों की खोज कर रहे हैं। उच्च तापीय प्रवाहकीय फाइबर, अपनी स्पष्ट अनिसोट्रोपिक तापीय चालकता के साथ {{2}फाइबर अक्ष के साथ रेडियल दिशा की तुलना में काफी अधिक है {{3}इस अवधारणा के साथ पूरी तरह से संरेखित होकर गर्मी को फाइबर की लंबाई के साथ तेजी से स्थानांतरित करने की अनुमति देते हैं। वर्तमान में, ये उन्नत फाइबर धीरे-धीरे प्रयोगशाला अनुसंधान से औद्योगिक अनुप्रयोगों में परिवर्तित हो रहे हैं, जो थर्मल प्रबंधन के क्षेत्र में एक केंद्र बिंदु बन रहे हैं।
रेशेदार सामग्रियों को असाधारण रूप से उच्च लंबाई {{0} से - व्यास अनुपात वाले फिलामेंटस पदार्थों के रूप में परिभाषित किया गया है। व्यावहारिक उत्पादन में, थर्मल प्रवाहकीय फाइबर का उपयोग आमतौर पर कार्यात्मक भराव के रूप में या थर्मल पैड, थर्मल चिपकने वाले, थर्मल फिल्म और थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री जैसे उत्पादों में निरंतर थर्मल प्रवाहकीय कंकाल के रूप में किया जाता है। उनके मुख्य लाभों में शामिल हैं:
उच्च पहलू अनुपात: प्रक्रियाशीलता के साथ थर्मल प्रदर्शन को संतुलित करते हुए, कम भराव लोडिंग पर भी निरंतर थर्मल प्रवाहकीय नेटवर्क के गठन को सक्षम बनाता है।
अनिसोट्रोपिक थर्मल चालकता: फाइबर अक्ष के साथ थर्मल चालकता रेडियल दिशा की तुलना में काफी अधिक है, जिससे फाइबर की लंबाई के साथ कुशल गर्मी हस्तांतरण की सुविधा मिलती है।
बुनाई: जटिल घुमावदार सतहों या गतिशील परिचालन स्थितियों के लिए उपयुक्त लचीली थर्मल प्रबंधन संरचनाओं के निर्माण की अनुमति देता है।
बहुकार्यात्मक एकीकरण: कुछ तंतुओं में तापीय चालकता, विद्युत चालकता, सुदृढीकरण और विद्युत इन्सुलेशन जैसे संयुक्त गुण होते हैं, जो विभिन्न अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।
आम तौर पर, समान परिस्थितियों में, उपयोग किए गए फाइबर भराव की आंतरिक तापीय चालकता जितनी अधिक होती है, परिणामी मिश्रित सामग्री की तापीय चालकता उतनी ही अधिक होती है। विभिन्न प्रकार के तापीय प्रवाहकीय फाइबर अलग-अलग लाभ प्रदान करते हैं और उन्हें विशिष्ट अनुप्रयोग के आधार पर चुना जाना चाहिए। आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले कई प्रकारों का वर्णन नीचे किया गया है।
(1) मेसोफ़ेज़ पिच-आधारित कार्बन फाइबर
मेसोफ़ेज़ पिच - आधारित कार्बन फाइबर की विशेषता उच्च आणविक भार, उच्च स्तर का ग्राफ़िटाइज़ेशन, अच्छी सुगंध और उच्च क्रिस्टलीयता है। उनकी तापीय चालकता 800 W/(m·K) तक पहुंच सकती है, और उनका लोचदार मापांक 800 GPa से अधिक हो सकता है। यह उन्हें व्यापक तापमान रेंज में तेजी से और प्रभावी ढंग से गर्मी का संचालन करने की अनुमति देता है। वर्तमान में, इन्हें अक्सर एयरोस्पेस जैसे उच्च अंत अनुप्रयोगों के लिए थर्मल प्रबंधन में उपयोग किया जाता है, जो ताकत बनाए रखते हुए इष्टतम हल्के वजन की क्षमता प्रदान करते हैं।
(2) बोरोन नाइट्राइड फाइबर
बोरॉन नाइट्राइड एक अत्यधिक तापीय प्रवाहकीय (सैद्धांतिक रूप से 2000 W/(m·K) तक) एक बड़े बैंडगैप (5.2 eV) और ग्राफीन के समान एक मधुकोश परमाणु संरचना के साथ इन्सुलेट सामग्री है। ये फाइबर उच्च -शक्ति चिप्स और पैकेजिंग सामग्री के लिए थर्मल प्रबंधन में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग क्षमता दिखाते हैं। हालाँकि, जटिल तैयारी प्रक्रियाओं के कारण, वर्तमान विनिर्माण तकनीकें पूरी तरह से परिपक्व नहीं हैं, जिससे गुणवत्ता और प्रदर्शन में संभावित परिवर्तनशीलता हो सकती है। बड़े पैमाने पर आवेदन एक चुनौती बनी हुई है।
(3) कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) फाइबर
कार्बन नैनोट्यूब फाइबर व्यक्तिगत कार्बन नैनोट्यूब से इकट्ठे किए गए मैक्रोस्कोपिक पदार्थ हैं। उनकी तापीय चालकता 3500 W/(m·K) तक पहुंच सकती है, इसके साथ ही अति उच्च यांत्रिक शक्ति, टूटने पर बढ़ाव और फाइबर लचीलापन भी शामिल है। हालाँकि, चुनौतियों में उच्च सांद्रता पर एक समान फैलाव प्राप्त करने में कठिनाई और बड़े पैमाने पर उत्पादन में बाधाएँ शामिल हैं।
(4) ग्राफीन फाइबर
ग्राफीन फाइबर में कम घनत्व, उच्च शक्ति, उच्च लचीलापन और उत्कृष्ट विद्युत/थर्मल गुण जैसे फायदे होते हैं, जिसमें थर्मल चालकता 5300 डब्ल्यू/(एम·के) तक पहुंच जाती है। वे उच्च संरचनात्मक डिज़ाइन लचीलापन, ट्यून करने योग्य संरचना और अनुपात और अत्यधिक नियंत्रणीय प्रदर्शन प्रदान करते हैं। वे उच्च प्रदर्शन कंडक्टर, कार्यात्मक कपड़े, सेंसर और एक्चुएटर, रेशेदार सुपरकैपेसिटर, रेशेदार बैटरी और कैटेलिसिस में आशाजनक अनुप्रयोग दिखाते हैं। हालाँकि, उनकी तैयारी जटिल है, लागत अधिक है, और बड़े पैमाने पर उत्पादन कठिन है।
तंतुओं की तापीय चालकता स्वाभाविक रूप से अनिसोट्रोपिक - है जो रेडियल की तुलना में अक्ष के साथ काफी बेहतर है। इसलिए, कंपोजिट के थर्मल प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए मैट्रिक्स के भीतर फाइबर का नियंत्रित अभिविन्यास प्राप्त करना महत्वपूर्ण है।
उद्योग में आमतौर पर उपयोग की जाने वाली वर्तमान अभिविन्यास विधियों में शामिल हैं:
कतरनी अभिविन्यास: कोटिंग या कास्टिंग प्रक्रियाओं के दौरान, कतरनी बल प्रवाह दिशा के साथ तंतुओं को संरेखित करते हैं।
हॉट प्रेसिंग ओरिएंटेशन: दबाव को ओरिएंट फाइबर पर लागू किया जाता है, आमतौर पर दबाने की दिशा के लंबवत विमान में।
आइस क्रिस्टल इंडक्शन: दिशात्मक रूप से विकसित बर्फ क्रिस्टल का उपयोग फाइबर को बाहर निकालने और केंद्रित करने, एक उन्मुख संरचना बनाने के लिए किया जाता है, जो अत्यधिक भरे हुए सिस्टम के लिए उपयुक्त है।