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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
|
Classificação |
Material |
Condutividade térmica (W/m-K) |
Temperatura máxima (°C) |
Principais usos |
|
1 |
Grafeno (no plano) |
~5000 |
3000 |
Microchips, eletrônica flexível |
|
2 |
Diamante |
~2200 |
2000 |
Ferramentas de corte, dissipadores de calor |
|
3 |
Prata |
~430 |
- |
PCBs, pastas térmicas |
|
4 |
Grafite (no plano) |
~400 |
150 |
Baterias, dissipadores de calor |
|
5 |
h-BN (no plano) |
~400 |
250 |
Isoladores, sistemas de resfriamento |
|
6 |
Cobre |
~400 |
- |
Fiação, encanamento |
|
7 |
Ag-Diamante composto |
~1000 |
600 |
Aeroespacial, eletrônica avançada |
|
8 |
SiC |
~270 |
120 |
Eletrônica de potência, cerâmica |
|
9 |
Alumínio |
~205 |
- |
Automotivo, eletrônicos |
|
10 |
AlN |
~180 |
140 |
Microeletrônica, substratos |
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.
Chin Trento
