本文介紹石墨導(dǎo)熱材料的基本原理。文中描述的機(jī)制是為方便理解,從理論上并不嚴(yán)謹(jǐn)议街。
石墨物理結(jié)構(gòu)
石墨是多層結(jié)構(gòu),每一層由碳原子組成的蜂窩結(jié)構(gòu)(單層也叫石墨烯)璧榄。另一種常見的單質(zhì)碳物質(zhì)為鉆石特漩。兩種物理的物理結(jié)構(gòu)如下圖:
碳元素有4個(gè)最外層電子,在鉆石中骨杂,每個(gè)碳原子與周圍4個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵涂身,從而形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),強(qiáng)力的共價(jià)鍵使得鉆石結(jié)構(gòu)堅(jiān)固搓蚪,不導(dǎo)電蛤售。而在石墨中,每一層中的每個(gè)碳原子與周圍三個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵妒潭,有一個(gè)電子沒有共價(jià)鍵的束縛悴能,可以在層內(nèi)自由移動,石墨的層與層之間通過相對較弱的范德華力疊在一起雳灾,結(jié)構(gòu)不堅(jiān)固漠酿,而且不導(dǎo)電。
導(dǎo)熱
熱佑女,可以認(rèn)為是物質(zhì)內(nèi)部的粒子運(yùn)動的對外體現(xiàn)记靡。一個(gè)物體內(nèi)部粒子運(yùn)動越劇烈,對外體現(xiàn)該物體越熱团驱。而導(dǎo)熱就是粒子運(yùn)動的能量傳遞。
粒子的運(yùn)動可以是原子的振動(固體原子不能隨意移動)和電子運(yùn)動空凸,鉆石不導(dǎo)電嚎花,但因?yàn)閺?qiáng)力的共價(jià)鍵和均勻規(guī)律的結(jié)構(gòu),使得原子晶格的振動可以快速傳遞呀洲,使得鉆石成為導(dǎo)熱率最高的常見材料(純凈單晶鉆石熱導(dǎo)超過2000W/mK紊选,對比銅的熱導(dǎo)約400W/mK)啼止,只是沒人會用這個(gè)做散熱材料。而便宜的石墨兵罢,因?yàn)楣矁r(jià)鍵和自由電子献烦,石墨的層內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)很高(理想石墨烯熱導(dǎo)超過4000W/mK),而層與層之間缺少這些因素而導(dǎo)熱相對較差卖词。
利用石墨的該導(dǎo)熱特性制作的導(dǎo)熱片巩那,具有抹平熱點(diǎn)的功效。
目前手機(jī)中廣泛使用石墨導(dǎo)熱片此蜈,讓cpu等高熱器件的熱量可以快速傳遞到整個(gè)外殼散熱即横,避免出現(xiàn)某個(gè)位置特別燙手的情況。
總結(jié):
1.?導(dǎo)熱是通過晶格原子振動和自由電子運(yùn)動兩種方式完成裆赵。
2. 石墨具有層狀結(jié)構(gòu)东囚。
3.?石墨片橫向?qū)嵯禂?shù)高,垂直于平面方向?qū)嵯禂?shù)低(不過因?yàn)楹穸刃≌绞冢詫?dǎo)熱效果也不特別差)页藻,該特點(diǎn)使石墨片可以抹平熱點(diǎn)。