इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, नई ऊर्जा वाहनों और एलईडी प्रकाश व्यवस्था जैसे उच्च तकनीकी क्षेत्रों में, कुशल गर्मी अपव्यय सामग्री महत्वपूर्ण हैं। पारंपरिक पॉलिमर आम तौर पर खराब तापीय चालकता प्रदर्शित करते हैं, जो उच्च -शक्ति उपकरणों की ताप अपव्यय आवश्यकताओं को पूरा करने में विफल होते हैं। इसे संबोधित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने पॉलिमर में उच्च {{4}थर्मल - चालकता वाले फिलर्स को शामिल किया है। बोरान नाइट्राइड (बीएन) ने अपनी उत्कृष्ट तापीय चालकता, विद्युत इन्सुलेशन और रासायनिक स्थिरता के कारण बहुत ध्यान आकर्षित किया है। हालाँकि, अकेले बीएन फिलर्स का उपयोग करने से अक्सर निरंतर और कुशल थर्मल चालन पथ बनाना मुश्किल हो जाता है। इसलिए, जानबूझकर डिजाइन और विनियमन के माध्यम से, दो पहलुओं से शुरू करके - "बहु - आयामी भराव तालमेल" और "तीन {{10 }} आयामी नेटवर्क निर्माण" - एक प्रभावी तापीय चालकता नेटवर्क अपेक्षाकृत कम भराव लोडिंग पर बनाया जा सकता है, जिससे उच्च {{11} थर्मल - चालकता कंपोजिट का उत्पादन होता है।
I. बोरोन नाइट्राइड और बहु-आयामी भराव संयोजन
एकल बीएन भराव के लिए, समान संरचना और आकार बहुलक में रिक्तियां पैदा करते हैं, और हवा की खराब थर्मल चालकता सामग्री के थर्मल प्रदर्शन में सुधार को सीमित करती है। हाइब्रिड फिलर्स का उपयोग करने से निम्नलिखित मुख्य लाभ मिलते हैं:
① विभिन्न आकृतियों के भरावों के बीच सहक्रियात्मक प्रभाव पॉलिमर के अच्छे यांत्रिक और प्रसंस्करण गुणों को बनाए रखते हुए कम भराव पर उच्च तापीय चालकता प्राप्त करता है;
② फिलर्स सामग्री को अन्य कार्य भी प्रदान कर सकते हैं, जैसे ज्वाला मंदता और हाइड्रोफोबिसिटी।
01 बीएन शून्य-आयामी भराव के साथ: "बिंदु-तल" संयोजन
शून्य-आयामी भराव दानेदार होते हैं। दो आयामी बीएन और शून्य आयामी थर्मल प्रवाहकीय भराव "बिंदु-समतल" तरीके से जुड़ते हैं, लैमेला के बीच अंतराल को भरते हैं, पैकिंग घनत्व बढ़ाते हैं, और थर्मल चालन नेटवर्क के गठन की सुविधा प्रदान करते हैं। एच{{6}बीएन के साथ संकरणित सामान्य शून्य{5}}आयामी तापीय प्रवाहकीय भराव में सिलिकॉन कार्बाइड कण (SiC), सिल्वर नैनोकण (AgNPs), एल्यूमिना कण (Al₂O₃), और सिलिका कण (SiO₂) शामिल हैं।
02 बीएन एक -आयामी भराव के साथ: "लाइन-प्लेन" संयोजन
एक{0}}आयामी भराव में ट्यूबलर या रैखिक संरचनाएं होती हैं। बीएन और एक आयामी थर्मल प्रवाहकीय भराव एक "लाइन-प्लेन" तरीके से संयोजित होते हैं, जो पॉलिमर मैट्रिक्स और एच -बीएन को जोड़ने वाले "पुल" के रूप में कार्य करते हैं, आंतरिक थर्मल चालन नेटवर्क को सघन बनाते हैं, इंटरफेशियल थर्मल प्रतिरोध को कम करते हैं, और गर्मी हस्तांतरण दक्षता में सुधार करते हैं। एच-बीएन के साथ संकरणित सामान्य एक{5}}आयामी तापीय प्रवाहकीय भराव में कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी), सिलिकॉन कार्बाइड नैनोवायर (एसआईसीएनडब्ल्यू), सिल्वर नैनोवायर (एजीएनडब्ल्यू), एरामिड नैनोफाइबर (एएनएफ), और कार्बन फाइबर (सीएफ) शामिल हैं।
03 बीएन दो -आयामी फिलर्स के साथ: "प्लेन-प्लेन" संयोजन
दो{0}}आयामी सामग्रियों में परत जैसी संरचना होती है। दो आयामी भराव के साथ मिश्रित बीएन पर अनुसंधान मुख्य रूप से ग्राफीन ऑक्साइड (जीओ) पर केंद्रित है। दोनों घनिष्ठ इंटरफेशियल बॉन्डिंग, अच्छे फोनन स्पेक्ट्रम मिलान और कम इंटरफेशियल थर्मल प्रतिरोध को प्रदर्शित करते हैं, जो सहक्रियात्मक रूप से समतल तापीय चालकता को बढ़ाते हैं। फिलर्स की घनी पैकिंग से समतल और समतल ताप स्थानांतरण दोनों में सुधार होता है, जिससे धीरे-धीरे तापीय चालन अनिसोट्रॉपी समाप्त हो जाती है।
04 बहु-घटक तापीय प्रवाहकीय भराव
कई प्रकार के तापीय प्रवाहकीय भरावों के साथ h{0}}BN को संकरण एक अनुसंधान हॉटस्पॉट बन गया है। तापीय प्रवाहकीय भरावों की विविधता बढ़ाने से अधिक जटिल तापीय संचालन मार्ग बनते हैं, तेजी से गर्मी हस्तांतरण को बढ़ावा मिलता है, और सामग्री को लौ मंदता और हाइड्रोफोबिसिटी जैसे कई कार्य प्रदान कर सकते हैं। हालाँकि, जैसे-जैसे तापीय प्रवाहकीय भराव के प्रकार बढ़ते हैं, भराव वास्तुकला में अनिश्चितताएँ भी बढ़ती हैं।
द्वितीय. तीन आयामी तापीय संचालन नेटवर्क का निर्माण
यद्यपि विभिन्न कण आकार और आकारिकी के मिश्रित भराव सामग्री के अंदर थर्मल चालन मार्गों के निर्माण को प्रभावी ढंग से बढ़ावा दे सकते हैं, लेकिन भराव की शुरूआत से इंटरफेशियल थर्मल प्रतिरोध में वृद्धि होती है। 3डी थर्मल कंडक्शन नेटवर्क का निर्माण न केवल फिलर्स और मैट्रिक्स के बीच संपर्क क्षेत्र को कम करता है और इंटरफेशियल थर्मल प्रतिरोध को कम करता है, बल्कि एक निरंतर और स्थिर थर्मल कंडक्शन नेटवर्क भी स्थापित करता है, जो कम फिलर लोडिंग पर समग्र की थर्मल चालकता में कुशलतापूर्वक सुधार करता है। वर्तमान में, 3डी तापीय संचालन नेटवर्क के निर्माण की चार मुख्य विधियाँ हैं:
01 टेम्पलेट विधि: संरचनात्मक रूप से नियंत्रणीय, संचालित करने में आसान
कंपोजिट में तीन आयामी संरचनाओं के निर्माण के लिए टेम्पलेट विधि का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इसके फायदों में नेटवर्क संरचना पर सटीक नियंत्रण, विभिन्न फिलर्स और मैट्रिसेस पर प्रयोज्यता और सरल संचालन शामिल हैं। हालाँकि, यह भराव सामग्री को बहुत अधिक नहीं बढ़ा सकता है।
आइस टेम्प्लेट विधि: 3डी थर्मल चालन नेटवर्क का निर्माण करने के लिए जलीय घोलों की दिशात्मक ठंड का उपयोग किया जाता है, जहां बर्फ के क्रिस्टल विशिष्ट अभिविन्यास में बढ़ते हैं। इसकी सरलता और संचालन में आसानी के कारण इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
फोम टेम्प्लेट विधि: फोम को एक साधारण टेम्प्लेट के रूप में उपयोग करता है, जिसमें मुख्य घटक के रूप में उच्च {{0}थर्मल - चालकता भराव होता है। संसेचन तकनीक तरल पॉलिमर को पूर्व-निर्मित नकारात्मक {{3} दबाव तीन {{4} आयामी नेटवर्क संरचना में घुसपैठ करती है। यांत्रिक संपीड़न थर्मल चालन नेटवर्क को सघन और संरेखित करता है, जिससे बहुक्रियाशील अनुप्रयोगों के लिए उच्च प्रदर्शन वाले थर्मल प्रवाहकीय कंपोजिट का उत्पादन होता है।
बलि टेम्पलेट विधि: एक त्रि-आयामी इंटरकनेक्टेड थर्मल चालन नेटवर्क बनाने के लिए प्रारंभिक टेम्पलेट को हटा देता है। कई अध्ययनों में तापीय प्रवाहकीय कंपोजिट में 3डी नेटवर्क संरचना तैयार करने के लिए नमक और पानी में घुलने वाली चीनी का उपयोग बलि टेम्पलेट के रूप में किया गया है।
02 स्वयं -असेंबली विधि
एक तकनीक जहां बुनियादी संरचनात्मक इकाइयां (अणु, नैनोमटेरियल, माइक्रोन - या बड़े - पैमाने के पदार्थ) गैर {{2} सहसंयोजक अंतःक्रियाओं के माध्यम से स्वचालित रूप से आदेशित संरचनाएं बनाती हैं। टेम्प्लेट विधि की तुलना में, यह सरल है, लागत में कम है, और भराव सामग्री की उच्च ऊपरी सीमा की अनुमति देता है। हालाँकि, यह बाइंडर्स या अत्यधिक प्रवाहकीय भराव पेश कर सकता है, जिससे इन्सुलेशन प्रदर्शन प्रभावित हो सकता है।
03 गरम-दबाने की विधि
एक उन्मुख 3डी नेटवर्क संरचना के निर्माण के लिए हीटिंग और प्रेसिंग का उपयोग किया जाता है, जो थर्मल चालकता और यांत्रिक शक्ति को प्रभावी ढंग से बढ़ा सकता है। यह आमतौर पर यांत्रिक हस्तक्षेप के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। गर्म दबाव प्रक्रिया के पैरामीटर अत्यधिक ट्यून करने योग्य हैं, जो अभिविन्यास नियंत्रण को सक्षम करते हैं, और यह आंतरिक संरचनात्मक स्थिरता को मजबूत करते हुए सामग्री प्रणालियों की एक विस्तृत श्रृंखला पर लागू होता है।
04 3डी मुद्रण विधि
उच्च डिज़ाइन स्वतंत्रता, कम लागत और तेज़ प्रसंस्करण की विशेषता वाली एक साँचे में मुक्त प्रत्यक्ष लेखन तकनीक। प्रक्रिया के दौरान, पिघला हुआ एक्सट्रूज़न और कतरनी प्रवाह पॉलिमर मैट्रिक्स में बीएनएनएस के उच्च अभिविन्यास को प्रेरित करता है, जिसके परिणामस्वरूप बेहतर यांत्रिक शक्ति और तापीय चालकता में वृद्धि होती है। इस तकनीक का व्यापक रूप से अनुसंधान और औद्योगिक विनिर्माण दोनों में उपयोग किया जाता है।
05 अन्य निर्माण विधियाँ
नवोन्मेषी 3डी नेटवर्क निर्माण तकनीकें (उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रोस्पिनिंग, मैकेनोकेमिकल विधियां) यांत्रिक और विद्युत प्रदर्शन जैसे अन्य गुणों में सुधार करते हुए तापीय चालकता को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकती हैं। हालाँकि, इन तरीकों की प्रभावशीलता अलग-अलग होती है, और उन्हें बहुमुखी प्रतिभा की कमी या प्रयोगात्मक स्थितियों की मांग जैसी सीमाओं का सामना करना पड़ता है।