Ученые в Корее создали эффективный теплоотводящий материал для электроники

Первый в мире материал, рассеивающий тепло, с влагореактивным защитным слоем разработали исследователи под руководством Чеол-Ву Ана с кафедры функциональной керамики отдела керамических материалов Корейского института материаловедения (KIMS), 28 марта сообщает сайт новостей науки EurekAlert со ссылкой на пресс-службу Национального исследовательского совета науки и технологий (NRCST) Южной Кореи.

Новый материал снижает гидрофильность за счет химической реакции, в результате которой образуется нанокристаллический композитный слой, а его высокая теплопроводность обеспечивается за счет контроля точечных дефектов. Процесс синтеза материала происходит во время простого процесса спекания, не требующего обработки поверхности.

Обычный наполнитель из оксида алюминия, широко используемый для отвода тепла в электронных устройствах, имеет ограниченную теплопроводность. Более перспективно в этом смысле использование оксида магния (MgO, жженая магнезия), имеющего вдобавок к низкой стоимости сырья очень высокую теплопроводность (в два раза большую, чем оксид алюминия) и значительно меньший удельный вес.

Однако его применению мешают высокая температура спекания (1800 °C) и гигроскопичность, из-за которой оксид быстро вступает в реакцию с влагой воздуха. Чтобы снизить гидрофильность, исследователи применили добавки для создания на поверхности в процессе жидкофазного спекания тонкого слоя нанокристаллического композита, который, реагируя с влагой, образует защитный слой.

Теплопроводность была увеличена за счет нанокристаллических частиц MgO поверхностного слоя и меньшего количества дефектов кристаллической структуры, обеспеченного более низкими температурами спекания.

Эти исследования можно рассматривать как прорыв в преодолении ограничений применения существующих магнезиальных материалов и открытие новых возможностей для терморегуляционных материалов в отраслях промышленности следующего поколения, считают ученые.

Миниатюризация и многофункциональность электронных компонентов в последние годы создали большие трудности в управлении температурным режимом. Но особенно это важно для аккумуляторов большой емкости электромобилей. Всё это требует более эффективных и желательно недорогих материалов для рассеивания тепла.

Ведущий исследователь доктор Чеол-Ву Ан заявил: «Мы смогли простым способом решить проблему реакции влаги, которая вызывает смешивание с полимерами, с помощью добавок в процессе производства оксидных керамических наполнителей. Мы разработали оксидные наполнители с высокой теплопроводностью за счет контроля дефектов. Мы ожидаем, что разработанный недорогой и высококачественный магнезиальный теплоотводящий наполнитель будет доминировать на рынке теплоотводящих керамических материалов».

Результаты исследования были представлены в статье «Нанокристаллический композитный слой, полученный простым спеканием без обработки поверхности, снижающий гидрофильность и повышающий теплопроводность», опубликованной в журнале Small Methods.

Исследовательская группа продолжает проводить исследования с целью повышения эксплуатационных характеристик нового материала, в том числе увеличения теплопроводности композита с оксидом магния до уровня нитридной теплоотводящей керамики.