Memandangkan ketumpatan penyepaduan dan ketumpatan kuasa komponen elektronik terus meningkat, bahan pengurusan haba tradisional semakin bergelut untuk memenuhi permintaan senario aplikasi yang melampau. Penyelidik kini sedang meneroka pendekatan baru untuk membolehkan haba itu sendiri mengalir dengan cara "diarahkan". Gentian konduktif terma tinggi, dengan kekonduksian terma anisotropik yang ketara-lebih tinggi dengan ketara di sepanjang paksi gentian berbanding arah jejari-membolehkan haba berpindah dengan pantas sepanjang panjang gentian, selaras dengan konsep ini dengan sempurna. Pada masa ini, gentian termaju ini secara beransur-ansur beralih daripada penyelidikan makmal kepada aplikasi perindustrian, menjadi titik fokus dalam bidang pengurusan haba.
Bahan berserabut ditakrifkan sebagai bahan berfilamen dengan nisbah panjang -hingga-diameter yang sangat tinggi. Dalam pengeluaran praktikal, gentian pengalir haba biasanya digunakan sebagai pengisi berfungsi atau sebagai rangka pengalir haba berterusan dalam produk seperti pad haba, pelekat haba, filem terma dan bahan antara muka haba. Kelebihan teras mereka termasuk:
Nisbah Aspek Tinggi: Membolehkan pembentukan rangkaian konduktif terma berterusan walaupun pada beban pengisi rendah, mengimbangi prestasi terma dengan kebolehprosesan.
Kekonduksian Terma Anisotropik: Kekonduksian terma sepanjang paksi gentian adalah jauh lebih tinggi daripada arah jejari, memudahkan pemindahan haba yang cekap sepanjang panjang gentian.
Kebolehtentuan: Membolehkan pembuatan struktur pengurusan haba yang fleksibel sesuai untuk permukaan melengkung yang kompleks atau keadaan operasi dinamik.
Penyepaduan Pelbagai fungsi: Gentian tertentu mempunyai sifat gabungan seperti kekonduksian terma, kekonduksian elektrik, tetulang dan penebat elektrik, memenuhi keperluan aplikasi yang pelbagai.
Secara amnya, dalam keadaan yang sama, semakin tinggi kekonduksian terma intrinsik pengisi gentian yang digunakan, semakin tinggi kekonduksian terma bahan komposit yang terhasil. Jenis gentian pengalir haba yang berbeza menawarkan kelebihan yang berbeza dan mesti dipilih berdasarkan aplikasi tertentu. Beberapa jenis yang biasa digunakan diterangkan di bawah.
(1) Padang Mesophase-Serat Karbon Berasaskan
Gentian karbon berasaskan pic Mesophase-dicirikan oleh berat molekul yang tinggi, tahap grafitasi yang tinggi, aromatik yang baik dan kehabluran yang tinggi. Kekonduksian haba mereka boleh mencapai lebih 800 W/(m·K), dan modulus elastiknya boleh melebihi 800 GPa. Ini membolehkan mereka menghantar haba dengan cepat dan berkesan pada julat suhu yang luas. Pada masa ini, ia sering digunakan dalam pengurusan terma untuk-aplikasi tinggi seperti aeroangkasa, menawarkan potensi pemberat ringan yang optimum sambil mengekalkan kekuatan.
(2) Serat Boron Nitrida
Boron nitrida ialah bahan penebat yang sangat konduktif terma (secara teorinya sehingga 2000 W/(m·K)) dengan celah jalur yang besar (5.2 eV) dan struktur atom sarang lebah yang serupa dengan graphene. Gentian ini menunjukkan potensi aplikasi yang ketara dalam pengurusan haba untuk-cip kuasa tinggi dan bahan pembungkusan. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh proses penyediaan yang kompleks, teknik pembuatan semasa tidak matang sepenuhnya, membawa kepada potensi kebolehubahan dalam kualiti dan prestasi. Aplikasi berskala-besar kekal sebagai cabaran.
(3) Gentian Karbon Nanotube (CNT).
Gentian tiub nano karbon ialah bahan makroskopik yang dipasang daripada tiub nano karbon individu. Kekonduksian termanya boleh mencapai sehingga 3500 W/(m·K), disertai dengan kekuatan mekanikal ultra-tinggi, pemanjangan semasa putus dan kelenturan gentian. Walau bagaimanapun, cabaran termasuk kesukaran untuk mencapai penyebaran seragam pada kepekatan tinggi dan halangan dalam-pengeluaran besar-besaran.
(4) Serat Grafena
Gentian graphene mempunyai kelebihan seperti ketumpatan rendah, kekuatan tinggi, fleksibiliti tinggi, dan sifat elektrik/terma yang sangat baik, dengan kekonduksian terma yang dilaporkan mencapai sehingga 5300 W/(m·K). Mereka menawarkan fleksibiliti reka bentuk struktur yang tinggi, komposisi dan nisbah yang boleh disesuaikan, dan prestasi yang sangat boleh dikawal. Ia menunjukkan aplikasi yang menjanjikan dalam-konduktor berprestasi tinggi, fabrik berfungsi, penderia dan penggerak, superkapasitor gentian, bateri gentian dan pemangkinan. Walau bagaimanapun, penyediaannya adalah rumit, kosnya tinggi dan-pengeluaran berskala besar adalah sukar.
Kekonduksian terma gentian secara semula jadi adalah anisotropik-secara ketara lebih baik sepanjang paksi berbanding jejari. Oleh itu, mencapai orientasi gentian terkawal dalam matriks adalah penting untuk meningkatkan prestasi terma komposit.
Kaedah orientasi semasa yang biasa digunakan dalam industri termasuk:
Orientasi Ricih: Semasa proses salutan atau tuangan, daya ricih menyelaraskan gentian sepanjang arah aliran.
Orientasi Penekanan Panas: Tekanan digunakan untuk mengorientasikan gentian, biasanya dalam satah berserenjang dengan arah menekan.
Induksi Kristal Ais: Kristal ais yang ditanam secara berarah digunakan untuk mengeluarkan dan menumpukan gentian, mewujudkan struktur berorientasikan, yang sesuai untuk sistem terisi tinggi.