Entre os materiais de grafite, os nanotubos de carbono (CNTs) são considerados um dos candidatos mais promissores para filmes de dissipação de calor estáveis e altamente condutores termicamente para dispositivos de alta potência.
CNTs têm condutividade térmica axial ultra-alta, E a condutividade térmica axial de CNTs de parede única bem estruturados pode atingir mais de 6000 W/(m · K).
Chen et al. usaram CNTs em pó como um enchimento termicamente condutor para polímeros para melhorar a condutividade térmica; no entanto, a fração de volume de CNTs é pequena e o contato entre enchimentos de CNTs aleatórios é pobre, Que tem uma melhoria limitada na condutividade térmica de materiais compósitos. O buckypaper CNTs preparado por filtração a vácuo da dispersão de CNTs pode mostrar uma condutividade térmica de mais de 100 W/(m · K) na direção do plano. Portanto, a estrutura CNTs densamente arranjada é um andaime ideal para a transição de CNTs de nanoescala para macroescala.
CNTs têm átomos de carbono hibridizados sp2 fortes e fônon longo significa caminho livre, e vários materiais condutores térmicos baseados em CNT, como compostos de CNT/polímero e matrizes de CNT, foram desenvolvidos. As matrizes verticais de nanotubos de carbono (VACNTs) exibem condutividade térmica superior na direção da espessura e têm alta condutividade térmica e alta conformidade mecânica. Isso ajuda a resolver o problema de estresse térmico causado pela incompatibilidade dos coeficientes de expansão térmica entre as duas superfícies de contato, portanto, espera-se que o VACNT se torne um candidato a materiais condutores térmicos de alto desempenho em dispositivos de alta potência.
Simulações de dinâmica molecular predizem que a condutividade térmica no plano dos arranjos CNTs é tão baixa quanto 0,056 W/(m · K), Que reduz a aplicabilidade do VACNT em dispositivos de alta potência porque a alta condutividade térmica horizontal é necessária quando o tamanho do dispositivo e sua fonte de calor correspondente é reduzido. A fração de volume de CNTs em VACNT é inferior a 5%, e a fração de baixo volume de CNTs em seus compostos sempre foi uma das principais questões que restringem seu desenvolvimento.
Além disso, muitos defeitos de cristal originais em matrizes de CNTs também limitarão muito sua condutividade térmica. Devido à estrutura altamente orientada do VACNT na direção vertical, a força de interação entre os CNTs na direção horizontal é relativamente limitada. O entreferro no meio faz com que sua condutividade térmica horizontal e propriedades mecânicas (resistência à flexão, resistência à tração, etc.) se deteriorem. Em última análise, o VACNT é facilmente danificado pela pressão em aplicações em dispositivos de alta potência, ou não pode preencher completamente a interface áspera, deixando de desempenhar seu papel na transferência de calor direcional.
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