Os 10 principais materiais termicamente condutores

Introdução

Na engenharia avançada, a condução térmica é essencial para o controle do calor em dispositivos e máquinas. Materiais com alta condutividade térmicatransferem calor com eficiência, melhorando o desempenho e a confiabilidade. A seguir, apresentamos um guia classificado de dez materiais notáveis, começando pelos mais condutores.

1. Grafeno (no plano) (~5000 W/m-K, 3000°C)

No topo da lista está o grafeno, uma única molécula de átomos de carbono. Sua inigualável condutividade térmica no plano o torna adequado para microchips, eletrônicos flexíveis e sistemas térmicos de prova de conceito. Um pouco estagnado nos estágios de pesquisa, o grafeno pode ser uma força para o aprimoramento revolucionário da eletrônica de alto desempenho.

2. Diamante (~2200 W/m-K, 2000°C)

O diamante oferece excelente condutividade térmica com dureza. O diamante é um elemento essencial em ferramentas de corte de alto desempenho, dissipadores de calor a laser e dissipadores de calor aeroespaciais, nos quais é necessário um desempenho de alta confiabilidade em ambientes adversos.

3. Prata (~430 W/m-K)

A prata é o melhor condutor de calor metálico. Usada em placas de circuito impresso, pastas térmicas e trocadores de calor, a prata é boa na transferência de calor para longe dos componentes eletrônicos, mas é cara para aplicações térmicas em larga escala.

4. Grafite (no plano) (~400 W/m-K, 150°C)

O grafite oferece excelente condutividade no plano por uma fração do custo do diamante ou da prata. A estrutura plana do grafite espalha bem o calor em baterias, lubrificantes e dissipadores de calor eletrônicos.

5. Nitreto de boro hexagonal (h-BN, no plano) (~400 W/m-K, 250°C)

O h-BN é incomum, pois oferece alta condutividade térmica e isolamento elétrico. É usado em isolamento de alta temperatura, sistemas de resfriamento de líquidos e embalagens de semicondutores.

6. Cobre (~400 W/m-K)

O cobre representa um equilíbrio entre preço e desempenho. Utilizado em aplicações de fiação, encanamento e resfriamento, é um condutor térmico de uso geral usado elétrica e mecanicamente.

7. Compostos de prata e diamante (~1000 W/m-K, 600°C)

Um composto de prata e diamante é preparado por engenheiros para obter alta condutividade e operação em alta temperatura. É usado em sistemas eletrônicos aeroespaciais e de defesa em que as propriedades do metal e do diamante são necessárias.

8. Carbeto de silício (SiC) (~270 W/m-K, 120°C)

O SiC é valorizado por sua resistência ao estresse e condutividade térmica. É usado em eletrônicos de alta potência, componentes cerâmicos e sistemas que exigem resistência ao calor e longevidade.

9. Alumínio (~205 W/m-K)

O alumínio é resistente à corrosão, leve e simples de produzir. Utilizado em aplicações automotivas, de radiadores e de eletrônicos de consumo, ele oferece condutividade adequada em aplicações em que o peso é um fator.

10. Nitreto de alumínio (AlN) (~180 W/m-K, 140°C)

O AlN oferece condutividade térmica de alto nível com isolamento elétrico, o que o torna adequado para microeletrônica, circuitos de alta frequência e gerenciamento térmico de espessura fina.

Tabela de resumo

Para obter dados mais específicos e suporte técnico, consulte a Stanford Advanced Materials (SAM).

Conclusão

Desde a inovadora condutividade no plano do grafeno até a combinação de isolamento e condução de calor do nitreto de alumínio, esses materiais atendem a um amplo espectro de especificações de engenharia. A seleção do material adequado depende da faixa de temperatura, das propriedades elétricas, dos gastos e das necessidades específicas de desempenho.

Perguntas frequentes

F: Por que um material tem condutividade térmica?

P: A ligação atômica e a estrutura afetam a capacidade de um material de conduzir calor.

F: Como a alta condutividade térmica é usada em eletrônicos?

P: Ela ajuda a dissipar o excesso de calor, protege contra componentes e mantém a operação do dispositivo.

F: Esses materiais são usados em condições extremas de temperatura?

P: Sim, muitos apresentam bom desempenho mesmo em altas temperaturas, garantindo a confiabilidade em ambientes difíceis.