Aká je tepelná vodivosť grafitovej dosky?

Aká je tepelná vodivosť grafitovej dosky?

Ako dôveryhodný dodávateľ grafitských dosiek sa často stretávam s otázkami týkajúcimi sa tepelnej vodivosti týchto pozoruhodných materiálov. Grafitové dosky sú všeobecne rozpoznávané pre svoje výnimočné tepelné vlastnosti, čo z nich robí preferovanú voľbu v rôznych odvetviach, od elektroniky po energiu. V tomto blogovom príspevku sa ponorím do konceptu tepelnej vodivosti, preskúmam faktory, ktoré ovplyvňujú tepelnú vodivosť grafitských dosiek, a zdôrazňuje ich aplikácie v rôznych oblastiach.

Pochopenie tepelnej vodivosti

Tepelná vodivosť je základnou vlastnosťou materiálov, ktoré opisujú ich schopnosť vykonávať teplo. Je definovaná ako množstvo tepla, ktoré prechádza jednotkovou plochou materiálu na jednotku času, poháňanú jednotkovým teplotným gradientom. Zjednodušene povedané, meria, ako rýchlo môže teplo prechádzať materiálom. Jednotka tepelnej vodivosti SI je watty na meter-kelvin (w/m · k).

Materiály s vysokou tepelnou vodivosťou môžu rýchlo prenášať teplo, zatiaľ čo materiály s nízkou tepelnou vodivosťou pôsobia ako izolátory a odolávajú toku tepla. Napríklad kovy ako meď a hliník sú známe svojou vysokou tepelnou vodivosťou, a preto sa bežne používajú v tepelných výmenníkoch a elektrických komponentoch. Na druhej strane materiály, ako je guma a plast, majú nízku tepelnú vodivosť a často sa používajú na izolačné účely.

Tepelná vodivosť grafitských dosiek

Graphit je forma uhlíka, ktorá vykazuje jedinečné fyzikálne a chemické vlastnosti vrátane vysokej tepelnej vodivosti. Tepelná vodivosť grafitových dosiek sa môže výrazne meniť v závislosti od niekoľkých faktorov, ako je typ grafitu, jeho kryštalická štruktúra a výrobný proces.

• Prírodný grafit vs. syntetický grafit: Prírodný grafit sa ťaží zo zeme a pozostáva z veľkých dobre usporiadaných grafitých kryštálov. Na druhej strane sa syntetický grafit vyrába prostredníctvom vysokoteplotného procesu, ktorý zahŕňa zahrievanie uhlíkových materiálov. Syntetický grafit má vo všeobecnosti vyššiu tepelnú vodivosť ako prírodný grafit kvôli jeho rovnomernejšej kryštálovej štruktúre.
• Kryštalizácia: Tepelná vodivosť grafitu je vysoko anizotropná, čo znamená, že sa líši v závislosti od smeru tepla. V bazálnej rovine (rovnobežnej s vrstvami atómov grafitov) je tepelná vodivosť oveľa vyššia ako v kolmom smere. Je to preto, že atómy uhlíka v bazálnej rovine sú usporiadané do šesťuholníkovej mriežky, čo umožňuje účinný prenos tepla cez delokalizované elektróny.
• Výrobný proces: Výrobný proces môže tiež ovplyvniť tepelnú vodivosť grafitských dosiek. Napríklad izomoldované grafitové doštičky sa vyrábajú podrobením grafitového prášku vysokému tlaku a teplote vo forme. Tento proces vedie k rovnomernejšej a hustejšej štruktúre, ktorá zvyšuje tepelnú vodivosť dosky.Izomoldovaný grafitova doska

Typicky sa tepelná vodivosť grafitových dosiek pohybuje od 100 do 1500 W/m · K v bazálnej rovine a od 5 do 50 W/m · K v kolmom smere. Tieto hodnoty sú výrazne vyššie ako hodnoty mnohých iných materiálov, vďaka čomu sú grafitové platne vynikajúcou voľbou pre aplikácie, ktoré si vyžadujú efektívny prenos tepla.

Faktory ovplyvňujúce tepelnú vodivosť

Okrem typu grafitu a jeho kryštálovej štruktúry môže niekoľko ďalších faktorov ovplyvniť tepelnú vodivosť grafitských platní. Tieto faktory zahŕňajú:

• Teplota: Tepelná vodivosť grafitových dosiek sa vo všeobecnosti znižuje so zvyšujúcou sa teplotou. Je to tak preto, že pri vyšších teplotách sa vibrácie mriežky v grafitskej štruktúre stanú intenzívnejšími, čo rozptyľuje elektróny prenášajúce teplo a znižujú účinnosť prenosu tepla.
• Hustota: Hustota grafitovej platne môže tiež ovplyvniť jej tepelnú vodivosť. Dosky s vyššou hustotou majú tendenciu mať vyššiu tepelnú vodivosť, pretože majú kompaktnejšiu štruktúru, ktorá umožňuje lepší prenos tepla cez materiál.
• Nečistoty a chyby: Prítomnosť nečistôt a defektov v grafitovej doske môže znížiť jeho tepelnú vodivosť. Nečistoty môžu narušiť kryštálovú štruktúru grafitu a rozptýliť elektróny prenášajúce teplo, zatiaľ čo defekty, ako sú praskliny a dutiny, môžu vytvárať bariéry prenosu tepla.

Aplikácie grafitských dosiek

Vďaka vysokej tepelnej vodivosti grafitových dosiek ich robí vhodnými pre širokú škálu aplikácií v rôznych odvetviach. Niektoré z bežných aplikácií grafitských dosiek zahŕňajú:

• Elektronika: V elektronickom priemysle sa grafitové dosky používajú ako chladiče na rozptyl tepla generovaného elektronickými komponentmi, ako sú mikroprocesory, elektrické tranzistory a LED svetlá. Vysoká tepelná vodivosť grafitských platničiek im umožňuje rýchlo prenášať teplo z komponentov a zabrániť prehrievaniu a zlepšeniu ich výkonnosti a spoľahlivosti.Elektróda
• Energia: Graphitové dosky sa používajú aj v energetickom priemysle pre aplikácie, ako sú palivové články, batérie a solárne panely. V palivových článkoch sa grafitové doštičky používajú ako bipolárne platne na oddelenie priestoru anódy a katódy a na vykonávanie elektriny a tepla. V batériách sa grafitové doštičky používajú ako elektródy na skladovanie a uvoľňovanie energie. Na solárnych paneloch sa ako zberateľské kolesá tepla používajú na absorbovanie a prenos slnečnej energie.Grafitové dosky na prenos tepla
• Chemické spracovanie: V priemysle chemického spracovania sa grafitové platne používajú v tepelných výmenníkoch na prenos tepla medzi rôznymi tekutkami. Vďaka vysokej tepelnej vodivosti a chemickej odolnosti grafitských dosiek ich robia vhodné na použitie v drsnom chemickom prostredí.
• Letectvo a obrana: V leteckom priemysle a obrannom priemysle sa grafitové dosky používajú v aplikáciách, ako sú systémy tepelného riadenia, radarové absorbéry a raketové dýzy. Vysoká tepelná vodivosť a ľahká povaha grafitských dosiek ich robia ideálne na použitie v týchto aplikáciách, kde sú kritické faktory hmotnosť a účinnosť prenosu tepla.

Záver

Záverom možno povedať, že tepelná vodivosť grafitských dosiek je rozhodujúcou vlastnosťou, ktorá určuje ich vhodnosť pre rôzne aplikácie. Graphitové platne ponúkajú výnimočnú tepelnú vodivosť, ktorá je výrazne vyššia ako u mnohých iných materiálov. Tepelná vodivosť grafitských dosiek sa môže líšiť v závislosti od niekoľkých faktorov, ako je typ grafitu, jeho kryštálová štruktúra a výrobný proces. Pochopením týchto faktorov a ich účinkov na tepelnú vodivosť si inžinieri a dizajnéri môžu pre svoje špecifické aplikácie vybrať najvhodnejšie grafitové dosky.

Ak máte záujem o nákup grafitských dosiek pre váš projekt, odporúčam vám, aby ste nás kontaktovali a požiadali o ďalšie informácie. Náš tím expertov vám môže poskytnúť podrobné technické špecifikácie a pomôcť vám zvoliť správne grafitské dosky pre vaše potreby. Ponúkame širokú škálu grafitských dosiek vrátaneIzomoldovaný grafitova doska,ElektródaaGrafitové dosky na prenos tepla, za konkurenčné ceny. Kontaktujte nás ešte dnes a prediskutujte svoje požiadavky a začnite proces obstarávania.

Odkazy

• Incropera, FP, DeWitt, DP, Bergman, TL a Lavine, AS (2007). Základy prenosu tepla a hmoty. Wiley.
• Touloukian, YS, & Ho, Cy (1970). Tepelná vodivosť: nekovové tuhé látky. Plenum Press.
• Kittel, C. (2005). Úvod do fyziky tuhého štátu. Wiley.