پلیمرها به عنوان عایق‌های قوی در برابر جریان الکتریسیته و حرارت، جایگاه ویژه‌ای در کاربردهای مهندسی پیدا کرده‌اند. اما در سال‌های اخیر، با توجه به خواص فیزیکی و مکانیکی فوق‌العاده، استفاده از پلیمر هادی حرارت به‌عنوان مواد اولیه در قطعات مهندسی گسترش یافته است. در این مطلب به بررسی پلیمرهای هادی حرارت (Thermal Conductive Polymers) و نقش آن‌ها در مدیریت انتقال حرارت خواهیم پرداخت.
ویژگی‌های پلیمرهای هادی حرارت
پلیمرهای خالص معمولاً هدایت حرارتی کمی دارند و در گروه مواد عایق قرار می‌گیرند. اما با توسعه افزودنی‌های هادی حرارت و استفاده از تکنیک کامپاندینگ، تولید کامپاندهای پلیمری هادی حرارت با ضریب هدایت بالاتر از پلیمرهای خالص امکان‌پذیر شده است. هرچند که این کامپاندها همچنان هدایت حرارتی کمتری نسبت به فلزات دارند، اما در صنایع خودرویی و الکتریکی کاربردهای گسترده‌ای یافته‌اند.
کاربردها در صنایع مختلف
پلیمرهای هدایت حرارتی در صنایع نوظهوری همچون خودروهای الکتریکی و هیبریدی، نقش مهمی ایفا می‌کنند. همچنین استفاده از این مواد در تولید Heat Sink لامپ‌های LED به مرحله تجاری‌سازی رسیده است و سهم قابل‌توجهی از بازار را به خود اختصاص داده است.
افزودنی‌های مؤثر در تولید
افزودنی‌های پایه کربنی مانند گرافیت و گرافن به دلیل ساختار شبکه‌ای منظم، انتخابی ایده‌آل برای افزایش هدایت حرارتی هستند. همچنین افزودنی‌هایی نظیر آلومینیوم اکساید و برون نیترید (Boron Nitride) به دلیل خواص ویژه، در تولید پلیمرهای هادی حرارت به کار گرفته می‌شوند. انتخاب این افزودنی‌ها باید با دقت صورت گیرد تا علاوه بر افزایش هدایت حرارتی، مشکلاتی مانند هدایت الکتریکی ناخواسته ایجاد نشود.
نکات کلیدی در تولید
برای انتخاب و استفاده از افزودنی‌ها و پلیمرهای پایه مناسب باید به موارد زیر توجه کرد:
- درصد استفاده از افزودنی برای دستیابی به هدایت حرارتی مطلوب
- تأثیر افزودنی بر خواص جریان‌پذیری و شکل‌دهی پلیمر
- سازگاری شیمیایی افزودنی با پلیمر پایه
مکانیزم انتقال حرارت در پلیمرهای هادی
انتقال حرارت در پلیمرها عمدتاً توسط فنون‌ها (Phonons) انجام می‌شود که کوانتوم‌های انرژی مکانیکی ارتعاشی هستند. برای دستیابی به شبکه‌ای جهت انتقال بهینه فنون‌ها، افزودنی‌های هادی حرارت باید با غلظت کافی و توزیع یکنواخت در ماتریس پلیمر پخش شوند. این امر تولید پلیمرهای هادی حرارت را به فرآیندی مهندسی و پیچیده تبدیل می‌کند.
