Не проводящий тепло материал: Изобретен пластик, равномерно проводящий тепло — Naked Science

Существует и другой способ перемещения тепла (теплопередачи).
Он возможен не только в подвижной среде (жидкости и газе), но
и в твердых телах. Тепло может перемещаться по телу и через него
к другому предмету без перемещения частей этого тела
относительно друг друга, т.е. без перемещения вещества. Такой
способ носит название теплопроводности.

Различные вещества по-разному проводят тепло. Лучшие проводники
тепла — металлы (особенно серебро, медь). Хуже всего проводят
тепло теплоизоляторы — воздух, войлок, древесина. Плохая теплопроводность
воздуха используется в наших домах — слой воздуха между двойными
стеклами окон является прекрасным теплоизолятором.

Таблица теплопроводности
(сравнение чисел характеризует относительную скорость передачи
тепла каждым материалом)

Теплопроводность материалов — Справочник химика 21

    Теплопроводность — свойство материалов проводить тепло с определенной скоростью. Хорошо проводят тепло металлы — серебро, медь, алюминий, сталь. Пластмассы, пластики, каучуки, графит, керамика и шамотный кирпич медленно проводят тепло. Теплопроводность материалов оценивается величиной коэффициента теплопроводности X. При 20°С величина теплопроводности для меди равна 384 Вт/(м К), у стали — в восемь раз ниже. [c.64]









    Коэффициент температуропроводности является показателем диффузии внутренней энергии в материале его величина пропорциональна скорости распространения изотермической поверхности. Более теплопроводные материалы характеризуются большими значениями а. Тепловая инерция характеризует тепловое согласование двух сред (1 и 2) и определяет, например, коэффициент отражения тепловой волны Г  [c.32]

    Однако даже при ДГ->0 и Гср/Го=1 КПД т)енеизбежно сопутствующими полупроводниковым трансформаторам тепла выделением джоулева тепла, действием эффекта Томсона и обратным током тепла от горячего спая к холодному вследствие теплопроводности материалов термоэлемента.  [c.289]

    На рис. 6 показано влияние роста температуры до 1000 К в чистом и хорошо теплопроводном материале. Сплошные линии — результат расчета. Чтобы показать влияние излучения на эффективный радиальный коэффициент теплопроводности, был проведен расчет, не учитывающий до Т=1000 К радиационный перенос теплоты. Результаты этого расчета приведены на рис. 6 пунктирными линиями. [c.437]

    Коэффициент теплопроводности материалов, применяемых в холодильной технике, должен быть не более [c.190]

    Запаздывание роста температур относительно момента трения объясняется интенсивным отводом тепла в начальный период из зоны контакта за счет теплопроводности материалов, составляющих пару трения. По этой причине идет медленное формирование теплового поля. Инерционность формирования температурного объемного поля характеризуется временем, необходимым для установления теплового баланса пары. [c.13]

    Определение контрастов в виде (2. 27. .. 2.29) можно рассматривать как одномерную фильтрацию сигнала, поскольку они не учитывают эффекты диффузии тепла, в особенности, в поперечном направлении. В теплопроводных материалах эффекты трехмерной диффузии могут существенно изменять пространственные профили температуры и затруднять выделение слабых сигналов от малых дефектов. [c.39]

    Влияние типа материала на оптимальные параметры обнаружения проиллюстрировано на рис. 3.26. Видно, что большие контрасты возникают в более теплопроводных материалах (рис. 3.26, а) при более коротких временах наблюдения (рис. 3.26, 6). Эта тенденция сохраняется для различных глубин залегания дефектов, хотя ясно, что с ростом / интенсивность растекания тепла вокруг дефектов становится более существенной, и для определенных дефектов возможно существование «оптимального» материала, который обеспечит максимальное значение С. [c.99]

    Электроды, используемые для контроля толщины слоев, могут быть изготовлены из одного и того же материала или из разных. Нагреваемый электрод должен иметь, по возможности, высокую теплопроводность. Материалы электродов выбираются с учетом термоэлектрических свойств и теплопроводности материалов слоев при близкой теплопроводности [c.643]

    Устройство предназначено для контроля теплопроводности материалов на основе полученных зависимостей этой теплопроводности от температуры в контакте горячих электродов с ОК. Кроме того, с помощью установленных корреляционных связей между термоэлектрической способностью материала и его механическими характеристиками определяются твердость материала, относительное удлинение образцов, пределы текучести и прочности. [c.649]

    Рассмотрим плоскую многослойную стенку, состоящую из п слоев. Толщины слоев равны бь 62,. .., бп, а коэффициенты теплопроводности материалов, из которых образованы эти слон, соответственно Ь, Х2,. .., Хп- Температуры на противоположных поверхностях многослойной стенки и (twl>twч), [c. 115]

    Применение печи с кварцевой камерой для синтеза хлороводорода ограничивалось малой теплопроводностью материалов и, следовательно, небольшой производительностью. [c.175]

    СМ из разных материалов, вычисленные на основании справочных данных по физическим свойствам этих материалов для одной и той же частоты колебаний 33 мгц. Как видно, наименьшей эффективностью обладают фильтры из воздуха и стали, причем у металла нет никаких преимуществ перед воздухом. Для наименее теплопроводных материалов эффективность в 50—75 раз больше, чем для воздуха и стали. [c.77]

    Осипова В, А., Андрианова А. С. Экспериментальное определение теплопроводности материалов. — Теплоэнергетика, 1954, ЛГ 8, с. 28—34. [c.277]

    Из обоих примеров явствует, что за1мена материалов возможна не всегда, а именно при замене материала, обладающего больщой теплопроводностью, материалом с малой теплопроводностью, таплопередача существенно не меняется в тех случаях, когда значения коэффициентов теплоотдачи с обеих сторон теплопередающей стенки малы.  [c.157]

    Величина потери тепла в окружающую среду вследствие охлаждения наружных поверхностей регенератора зависит от толщины а теплопроводности материалов, из которых выполнены футеровка, и корпус аппарата, произродятелъности я размеров аппарата, климатических и атмосферных условий и т. д.. [c.287]

    Рис, й. 3 111нсммост11 плияпия температуры на эффективный радиальный коэффициент теплопроводности Л/Х для слоя из один 1-КОВЫ.Х сфер для хорошо и плохо теплопроводных материалов от числа Пекле при нормальных условиях см. (4] и уравнения (7) . При Ре [c.437]

    Проблема передачи тепла от твердого тела к жидкости или наоборот — важнейшая проблема проектирования большинства теплообменников. Теплопроводность материалов является основной их характеристикой и в простей-1ЫИХ случаях связана с тепловым потоком соотношением [c.39]

    Коэффициент теплопроводности. Некоторое представление об огромной разнице между коэффициентами теплопроводности материалов можно получить из рассмотрения рис. 3.1, откуда видно, что коэффициенты теплопроводности представляющих интерес материалов могут различаться в 100 ООО раз. [Наиболее теплопроводны металлы, затем следуют плотные керамические материалы [41, затем — твердые и жидкие органические соединения и, наконец, газы. Как и следовало ожидать, теплопроводность твердых пористых тел меньше теплопроводности плотных твердых тел и больше теплопроводности газов, заполпяюпгих поры [5]. Интересно отметить, что значения коэффициентов теплопроводности в пределах каждой из указанной групп материалов (СМ. рис. 3.1) отличаются не более чем в три раза от среднего значения для каждой группы. [c.39]

    Теплофизические свойства футеровочных мат-ариалов и металла существенно отличаются друг от друга. Следствием этого является различие в температурных деформациях металла и футеровки. Это может привести либо к обжатию футеровки металлом, либо к появлению на границе металл — футеровка радиальных растягивающих напряжений, превышающих величину адгезии между замазкой и металлом (или подслоем). В последнем случае возможно образование зазора между футеровкой и металлом. Чаще всего это явление наблюдается в летний период (прогрев металла) при наличии-, непроницаемого подслоя, низкой адгезии замазки к нему и повыщенной температуры внутри аппарата при наличии теплоизоляции при футеровке оборудования теплопроводными материалами (уголь, графит и т.н.). Поэтому при проведении прочностного расчета футеров ки необходима проверка ее на совместную работу с корпусом аппарата. [c.181]

    Тепловая Д. позволяет обнаруживать поверхностные и внутр. дефекты в изделиях из теплопроводных материалов анализом их температурных полей, возникающих под действием теплового излучения (длины волн от 0,1 мм до 0,76 мкм). Наиб, применение имеет т. наз. пассивная Д. (внеш. источник нагревания отсутствует), напр, теплови-зионный метод, основанный на сканировании пов-сти объекта узким оптич. лучом, а также метод термокрасок, цвет к-рых зависит от т-ры пов-сти изделия. При активной [c.28]

    В качестве нагревателей в хлебопекарных печах применяются трубчатые, прямые и и-образные элементы (рис. 16.7) Они состоят из спиралей сопротивления 1, изготовляемых из нихромовой или фехралевой проволоки и заключенных в стальные или латунные тонкостенные трубки 2 диаметром 12,5… 25 мм, заполненные изолирующим теплопроводным материалом — магнезитом 3. Оба конца проволоки оканчиваются изоляторами 4 и клеммами 5 для присоединения к сети питания. В выпускаемых в настоящее время хлебопекарных печах применяются электронагреватели марки НВСЖ-2,673/2,5 мощностью 2,5 кВт. [c.849]

    Термообработку (нагрев) нанесенных на дефектный участок композиций осуществляют с помощью горячего воздуха, лампами накаливания, специальными электронагревателями различной конфигурации, а также пропусканием -пара, горячей воды через рубашку аппарата. Следует отметить, что в области создания и применения новых рецептур композиций и технологии их применения в конкретньгх случаях могут быть многовариантные решения. Срок защитного действия используемых средств во многом определяется не только адгезионной прочностью и химической стойкостью в рабочей среде, но и близостью теплофизических характеристик (коэффициентов термического расширения, теплопроводности) материалов основы и покрытия. [c.23]

Металлическое вещество, которое не проводит тепло при прохождении через него электрического тока

Исследователи из американской Национальной лаборатории в Беркли обнаружили новое вещество, которое, пребывая в металлическом состоянии, хорошо проводит электрический ток, являясь, одновременно, тепловым изолятором. Такая особенность этого материала может быть очень полезной в некоторых областях, тем не менее, она кардинально ломает все устоявшиеся принципы и понимание того, как работают электрические проводники.

Свойства вещества, обнаруженного еще в 2017 году, нарушают закон Видемана-Франца, согласно которому теплопроводность токопроводящего материала пропорционально зависит от его удельной электрической проводимости. Именно в соответствии с этим законом такие вещи, как электронагреватели, электромагниты и электродвигатели становятся теплыми и даже горячими во время их использования.

Обнаруженным веществом является диоксид ванадия (VO2), материал, который в нормальных условиях является прозрачным диэлектриком. Но при повышении температуры выше 67 градусов Цельсия этот материал переходит в металлическую токопроводящую фазу. «Необычные свойства диоксида ванадия разрушают все наши представления, полученные из учебников по физике» — пишут исследователи, — «Это открытие имеет огромное значение для понимания поведения электронов в некоторых материалах».

Для того, чтобы понять откуда у диоксида ванадия берутся столь причудливые свойства (теплопроводность, которая в 10 раз меньше значения, определенного законом Видемана-Франца), ученые исследовали то, как электроны перемещаются в кристаллической решетке этого материала. И причиной этому оказалась необычная синхронизация движения всех электронов. «Электроны внутри этого материала перемещаются все вместе, как поток жидкости, а не как отдельные частицы, что имеет место быть в других металлических веществах» — пишут исследователи, — «При таком упорядоченном движении электроны не задевают узлы кристаллической решетки, что является основой теплопереноса в других материалах».

В своих исследованиях ученые начали вводить различные добавки в диоксид ванадия и смотреть, как это повлияет на свойства материала. Добавка вольфрама позволила понизить температуру перехода материала в металлическое состояние и повысила его теплопроводность. Это позволит, к примеру, создать элементы охлаждения, которые начнут работать только тогда, когда температура охлаждаемого объекта превысит определенный порог.

Кроме «игр» с электропроводностью и теплопроводностью диоксида ванадия ученые выяснили, что этот материал обладает еще одним уникальным свойством — в нормальных условиях этот материал является прозрачным во всех диапазонах света, но при температуре свыше 60 градусов Цельсия он начинает отражать инфракрасный свет, оставаясь прозрачным для света видимого диапазона. Благодаря таким свойствам, диоксид ванадия с некоторыми добавками может быть использован в качестве покрытия для «умных» окон, способных понижать температуру в помещении без потребности в его кондиционировании.

Для того, чтобы более точно изучить необычные свойства диоксида ванадия и других подобных материалов, которые, без сомнения, будут найдены в будущем, ученым потребуется провести еще массу различных исследований. И эти исследования будут проведены, учитывая перспективы создания ряда реальных коммерческих технологий, который сейчас существуют лишь в научно-фантастических фильмах и произведениях.

[источники]
https://www.sciencealert.com/physicists-identify-a-metal-that-conducts-electricity-but-not-heat

Это копия статьи, находящейся по адресу http://masterokblog.ru/?p=55436.

Изобретен пластик, равномерно проводящий тепло — Рамблер/новости

Пластмассы — превосходные теплоизоляторы, но это свойство является преимуществом в одних случаях и недостатком в других. Например, было бы очень полезно, если бы корпуса ноутбуков эффективно отводили тепло наружу.

Группа инженеров Массачусетского технологического института разработала полимерный материал, способный рассеивать тепло на порядок эффективнее, чем существующие образцы. Разработчик Сюй Янфей (Yanfei Xu) поясняет:

«Обычные полимеры не проводят электричество и тепло. Открытие и дальнейшее развитие электропроводных полимеров дали возможность разработки таких устройств, как гибкие дисплеи и носимые биосенсоры. Наш полимер может проводить и удалять тепло гораздо эффективнее. Мы считаем, что полимеры следующего поколения можно применять для корпусов электронных приборов».

Почему обычный полимер не является проводником? Его структура представляет собой длинные запутанные нити, соединенные между собой. Представьте себе кастрюлю хорошо перемешанных спагетти. Частицы-теплоносители не могут свободно перемещаться через «хаотичный порядок» и оставляют тепловую энергию внутри полимерной детали.

Ученые давно хотели преодолеть этот фактор, поскольку полимеры очень важны для электроники: они легкие, гибкие, химически инертные и хорошие изоляторы электричества. Однако ранее наиболее успешным было «выпрямление» нитей полимерной структуры в одном направлении, вдоль цепи мономеров. Для того чтобы создать полимер, проводящий тепло во всех направлениях, задействовали не только внутримолекулярные, но и межмолекулярные связи.

Специалисты разработали технологию — окислительное химическое осаждение паров. Два вещества, мономер и окислитель, в виде пара одновременно подаются отдельно друг от друга в камеру, где заранее находится подложка, на которой они и взаимодействуют. В результате реакции с одновременным осаждением на подложке образуется пленка, состоящая из жестких, а не скрученных цепочек. В качестве подложки использовали кремний и стекло. Первые же лабораторные опыты позволили получить относительно крупные образцы — размером около двух квадратных сантиметров.

Способность переносить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности λ (Wt/m·K). Для алюминия, отличного проводника тепла, λ = 200 Wt/m·K, а для обычного пластика λ = 0.15 Wt/m·K.

Полученные образцы способны проводить тепло примерно в 10 раз лучше, чем обычные полимеры: λ = 2 Wt/m·K. При этом строение полимера изотропно, материал одинаково хорошо проводит тепло во всех направлениях, что повышает его теплоотдающий потенциал.

Результаты измерения теплопроводности / Сюй Янфей и др., Массачусетский технологический институт

Теплопроводность полученного полимера зависит от температуры (см. график).

Разработчики сразу отметили перспективность использования теплорассеивающих полимеров при производстве солнечных батарей, органических полевых транзисторов и светодиодов. В планах — дальнейшее изучение структуры полученных материалов и разработка методов промышленного получения.

свойства и применение пенопласта и пеноплекса для теплоизоляции стен

Одним из признаков неэффективного энергосбережения являются холодные на ощупь стены. Бороться с этим можно только путем их наружной отделки теплоизоляционными материалами. Для этого используют дерево, кирпич (если позволяет этажность здания), минеральную вату и т.д. Низкая теплопроводность пенопласта, сопоставимая с аналогичным показателем для воздуха, стала причиной его наибольшей популярности среди других теплоизоляционных материалов.

Теплопроводность – это основной показатель, который нужно учитывать при выборе материала для теплоизоляции. Это дает возможность сравнивать различные материалы по такому критерию: с какой скоростью будет происходить обмен тепловой энергией между внутренним пространством дома и улицей, отделенными друг от друга стеной. В идеале этот показатель должен равняться нулю, т.е. утечек тепла на улицу быть не должно. Но на практике этого значения достичь невозможно, но к нему можно и нужно стремиться.

Самую лучшую теплоизоляцию можно сделать из материалов, слабо проводящих тепло. Это их свойство напрямую зависит от структуры вещества. Чем больше ее плотность и упорядоченность, тем лучше передается тепло от одной молекулы вещества к другой. И наоборот – состоящий из отдельных наполненных воздухом пузырьков полистирола пенопласт почти не передает тепло через свой объем.

Эксплуатационные характеристики теплоизоляционных пенопластов

Основным их достоинством является возможность использования для отделки уже построенных стен. Другие теплоизоляционные материалы можно применять только в процессе строительства.

Известно, что расчетный коэффициент теплопроводности для пенопласта, особенно более плотных его разновидностей, приближается к аналогичному показателю для воздуха, равному 0,026.

Основные параметры различных марок пенопласта:

Марка                     Плотность, кг/м3                   Теплопроводность, Вт/м °С 

ПСБ-С 15                           До 15                                             0,043

ПСБ-С 25                           15,1-25                                           0,041

ПСБ-С 35                           25,1-35                                           0,038

ПСБ-С 50                           35,1-50                                           0,031

Как видно из таблицы, теплопроводность полистирольного пенопласта снижается с увеличением его плотности. Увеличение количества переходов «полистирол-воздух» на единицу объема способствует снижению способности проводить тепло. Таким образом, для обеспечения одних и тех же показателей толщина плит, например типа ПСБ-С 15, должна быть на 25% больше, чем ПСБ-С 50. А это ведет к дополнительным расходам на транспортировку.

В то же время, увеличение толщины слоя утеплителя приводит к улучшению теплоизоляционных характеристик.

Используемая в проектировочных расчетах зависимость теплопроводности утеплителя из пенопласта от его толщины приведена в таблице ниже. 

Толщина утеплителя, мм          Коэффициент теплопроводности, Вт/м °С

 40                                                              0,83

         50                                                              0,68

         80                                                              0,45

         100                                                            0,37

         140                                                            0,27

Расчеты и практика эксплуатации зданий показывает, что теплопроводность пенопластовых плит 5 см толщины является достаточной для их использования с целью качественного утепления наружных стен зданий в регионах с умеренным климатом. В то же время их монтаж достаточно прост и не требует наличия особых навыков.

Пеноплекс – новое слово в теплоизоляции

Альтернативой самому популярному утеплителю стал Пеноплекс. Он производится методом вспенивания полистирола под воздействием высоких температур с последующей экструзией полученной массы через формовочные отверстия.

Расчетная теплопроводность Пеноплекса составляет 0,03 Вт/м °С, т.е. сопоставима с самым плотным пенопластом. Главным преимуществом первого является то, что он прочнее и легче последнего, недостатком – более высокая стоимость. Общим недостатком того и другого является низкая устойчивость к воздействиям высоких температур, солнечного света и различных химических соединений (особенно входящих в состав лаков и красок). Поэтому заключительным этапом работ по утеплению зданий является нанесение штукатурки.

Что вместо кирпича?

Обеспечить заданные теплоизоляционные характеристики можно и используя альтернативные материалы. Лучше всего сравнить их можно, воспользовавшись данными, приведенными ниже.

Наименование                          Слой, мм

Пеноплекс                                     20

Пенопласт                                    30

Минеральная вата                       38

Дерево                                           200

Пенобетон                                    270

Кирпич                                          370

Как видно из таблицы, для обеспечения одинаковых теплоизоляционных показателей потребуется 3-сантиметровый слой пенопласта, 2-сантиметровый – Пеноплекса или полноценная стена, толщиной в полтора кирпича. В связи с тем, что полистирольный пенопласт имеет низкую теплопроводность, его использование обойдется в десятки, если не в сотни раз, дешевле использования кладки. Массивные стены, независимо из чего они построены, никогда не прогреваются и не охлаждаются на всю толщину. Именно поэтому в старых зданиях зимой всегда тепло, а летом – наоборот, прохладно. С экономической же точки зрения крайне нерационально бесконечно увеличивать толщину стен в угоду улучшению теплоизоляционных характеристик, гораздо выгоднее применять недорогие утеплители еще на этапе строительства.

        Поделиться:

Поперечное рассеивание тепла 3-d интегральной схемы

Область техники, к которой относится раскрытие изобретения

Данное раскрытие относится к интегральным схемам (ИС), более конкретно к многослойным (3-D) ИС, еще более конкретно к системам и способам для улучшения рассеивания тепла в 3-D ИС.

Уровень техники

В технологии ИС существует потребность в укладке чипов (кристаллов) вместе для формирования многослойных или трехмерных (3-D) ИС устройств. Одним из результатов такой 3-D ИС укладки является уменьшение времени прохождения сигнала во время обработки сигналов в связи с уменьшением расстояния, которое сигналы должны пройти, когда они остаются внутри одного блока.

Один способ соединения слоев заключается в соединении двух (или более) кристаллов вместе и последующем заключении кристаллов в единой структуре. Электрические проводники и/или контакты на поверхности соответствующих кристаллов служат для того, чтобы проводить электрические сигналы между компонентами различных кристаллов.

Одна из проблем в ситуации, когда кристаллы расположены очень близко друг к другу, заключается в том, что увеличивается интенсивность нагревания. Более того, из-за уменьшенного размера сложенных ИС (с толщиной подложки от 700-100 микрон до менее чем 20 микрон), поперечная тепловая проводимость уменьшается. Таким образом, могут существовать горячие точки со слабой способностью отводить тепло от источника тепла.

Один способ увеличения поперечной тепловой проводимости заключается в увеличении толщины подложки, по меньшей мере, одного из слоев. Другой способ заключается в увеличении металлических слоев в чипе для того, чтобы сделать возможным рассеивание тепла. Это в свою очередь отрицательно влияет на соотношение геометрических размеров, а также уменьшает скорости прохождения сигналов.

Существует дополнительная проблема при соединении более одного слоя. В таких ситуациях многослойное ИС устройство содержит множество слоев оксида между слоями. Оксид, являясь плохим проводником тепла, усугубляет проблему рассеивания тепла.

Существует несколько подходов, которые можно выбрать для решения проблем проводимости тепла. Один подход предполагает использование сквозных соединений сквозь кремний (TSV), чтобы отводить тепло от внутренней части поверхностного слоя, и затем отводить тепло, используя традиционные способы, такие как размещение материалов с высокой тепловой проводимостью на поверхности корпуса ИС. Проблема при таком решении заключается в том, что топология схемы может не позволить расположить TSV в нужном месте из-за устройств, сконструированных в различных слоях вблизи горячей точки, генерирующей тепло.

Другой способ заключается в циркуляции охлаждающего материала через упакованное ИС устройство для охлаждения различных горячих точек. Это дорого в производстве, так как перемещающаяся жидкость требует накачивающего механизма и жестких допусков для каналов движения жидкости. Также может оказаться невозможным подведение охлаждающего материала к необходимой области. Проблема каналов может быть решена до некоторой степени путем форсирования охлаждающего жидкого материала через саму подложку, но этот способ не лишен определенного набора проблем и затрат.

Раскрытие изобретения

Варианты осуществления изобретения предусматривают заполнение воздушных промежутков между уложенными (упакованными) кристаллами проводящим тепло материалом, что позволяет отводить в поперечном направлении тепло, генерируемое в одной или нескольких областях внутри каждого кристалла. Отвод тепла в поперечном направлении может осуществляться вдоль всей длины кристалла или вдоль части его длины. В одном варианте осуществления тепловой материал является электрически изолирующим. В одном варианте осуществления TSV, возможно, с использованием углеродных нанотрубок, могут быть сконструированы в определенных областях для поддержания рассеивания тепла в проблемных тепловых областях.

В одном варианте осуществления многослойный полупроводник имеет проводящий тепло материал, расположенный между первым и вторым слоями, причем материал имеет более высокую тепловую проводимость по сравнению с тепловой проводимостью упомянутых первого и второго слоев.

В другом варианте осуществления раскрыт способ изготовления многослойного полупроводника, в котором проводящий тепло материал используется на, по меньшей мере, одной сопрягаемой поверхности первого кристалла, а сопрягаемая поверхность этого кристалла соединяется с сопрягаемой поверхностью второго кристалла.

Еще в одном варианте осуществления раскрыт способ рассеивания тепла в упакованном ИС устройстве, который позволяет отводить тепло из проблемной тепловой области одного слоя многослойного ИС устройства во внутренний слой между смежными слоями устройства таким образом, чтобы содействовать поперечному отводу тепла в области внутреннего слоя до, по меньшей мере, одной области теплового рассеивания, термически связанной с областью внутреннего слоя. В одном варианте осуществления область рассеивания тепла является сквозным соединением, выполненным через, по меньшей мере, один слой кристалла устройства. В другом варианте осуществления область рассеивания тепла является промежутком между соседними кристаллами одного слоя.

Приведенное выше описание довольно широко обрисовывает признаки и технические преимущества данного изобретения для того, чтобы подробное описание, приведенное далее, могло быть лучше понято. Далее описаны дополнительные признаки и преимущества, которые формируют заявленный объект формулы изобретения. Специалисты в данной области техники оценят то, что концепция и раскрытые специфические варианты изобретения могут быть легко использованы в качестве основы для модификации или проектирования других структур для выполнения тех же задач данного изобретения. Также специалистам в данной области техники должно быть понятно, что такие аналогичные конструкции не выходят за рамки сущности и объема изобретения в соответствии с тем, что указано далее в приложенной формуле изобретения. Новые признаки, которые считаются характеристикой изобретения как относительно соответствующей структуры, так и способов работы, вместе с другими целями и преимуществами будут лучше поняты из приведенного далее описания при рассмотрении совместно с приложенными чертежами. Однако должно быть понятно, что каждый из чертежей приведен только с целью иллюстрации и описания и не предназначается для определения объема настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

Для более полного понимания данного раскрытия изобретения далее приведены ссылки на последующее описания совместно с приложенными чертежами:

Фиг.1 является видом сбоку в поперечном сечении, изображающим один аспект проблемных тепловых условий, которые могут существовать в 3-D интегральных схемах.

Фиг.2 является видом сбоку в поперечном разрезе, изображающим одно примерное решение проблемы отвода тепла.

Фиг.3 является видом сбоку в поперечном разрезе, изображающим один вариант осуществления концепций раскрытия изобретения.

Фиг.4 изображает один вариант осуществления способа конструирования многослойного ИС устройства в соответствии с описанием настоящего раскрытия изобретения.

Осуществление изобретения

Фиг.1 изображает один аспект условий проблемы нагрева, которая может существовать в 3-D интегральных схемах. Как изображено на Фиг.1, кристалл 11 сложен с кристаллом 12. Активным слоем кристалла 11 является слой 102, а активным слоем кристалла 12 является слой 103. Это примерное расположение активных слоев кристаллов может иметь любую ориентацию — вверх или вниз.

Сквозные соединения 105 проходят через слой подложки 101 кристалла 11. Сквозные соединения могут быть выполнены в слоях 102, 103 и/или 104 по желанию. Электрические дорожки 107 и 108 формируют соединение между кристаллами. Уплотнение 109 предотвращает попадание нежелательных загрязнений в область 120 между соответствующими кристаллами 11, 12.

Элемент 108 обычно порядка 30 микрон или меньше и обычно принимает вид соединения между металлами из меди или олова и меди. Область 120 обычно является воздушным промежутком. Промежуток 120 может быть в интервале менее 10 микрон.

Горячая точка 110 находится на кристалле 12, и задача заключается в отводе тепла от этой относительно небольшой области 110 к остальной части блока кристаллов. Отметим, что элементы 111 находятся непосредственно над горячей точкой 110, и на них будет воздействовать тепло от горячей точки 110, проходящее вверх через слои 103, 102, 101.

Фиг.2 изображает одно описываемое решение проблемы отвода тепла. В этом решении множество TSV 200, имеющее отдельные TSV 201, 202 и 203 помещено, чтобы обеспечить проводимость тепла для тепла от горячей точки 110. Тепло проходит через слой 103, который является активной областью нижнего кристалла 12. Тепло затем проходит через активный слой 102 кристалла 11 и затем оно отводится наружу через множество TSV 200. Сквозные соединения 201, 202, 203 могут быть покрыты медью или вольфрамом для увеличения проводимости тепла, но мог бы использоваться любой из проводящих тепло материалов. В одном варианте осуществления могут быть использованы углеродные нанотрубки (УНТ) для заполнения сквозных соединений 201, 202, 203. В другом варианте осуществления УНТ частично заполняют сквозные соединения 201, 202, 203, а металл заполняет оставшееся пространство сквозных соединений 201, 202, 203. Преимуществом УНТ является увеличенная электрическая и тепловая проводимость, а также увеличенная плотность тока.

Фиг.3 изображает один вариант осуществления 30, в котором использованы концепции раскрытия изобретения. Проводящий тепло материал 320 расположен внутри промежутка между кристаллами 31 и 32. В другом варианте осуществления проводящий тепло материал 320 расположен между металлическими слоями (не изображены) одного из активных слоев 302, 303 кристаллов 31, 32. Проводящий тепло материал 320 в идеале будет иметь тепловую проводимость, равную более чем 10 Вт/м/К, чтобы способствовать поперечному переносу тепла. Материал 320 является проводящим тепло и в одном варианте осуществления электрически изолирующим, так что он не закорачивает электрические соединения, которые соединяют кристаллы 31, 32, что помешало бы работе элементов, содержащихся в кристаллах 31, 32. Материал 320 может быть расположен множеством способов, например эжектированием или осаждением путем химического осаждения из газовой фазы (ХОГФ) и/или физического осаждения из газовой фазы (ФОГФ). Материал 320 может являться алмазной матрицей или алмазной пленочной структурой.

Хотя он изображен только на одном слое 302 одного из кристаллов 31, материал 320 может быть помещен на поверхность каждого из двух сопрягаемых слоев 302, 303, так что материал 320 на каждом из слоев 302, 303 фактически касается один другого при укладке кристаллов 31, 32. Как вариант материал 320 может быть помещен только на один из сопрягаемых слоев 302, 303.

В процессе работы тепло от горячей точки 310 проходит вверх через слой 303 кристалла 32 и в материал 320. Тепло затем распространяется поперечно вдоль материала 320 как к краю устройства, такому как нависающий край 330, так и, что более типично, тепло пройдет вверх через одно или более рассеивающих сквозных соединений, таких как сквозное соединение 331, выполненное в слое 301 кристалла 31. Из-за поперечного распространения тепла температура распределяется более равномерно вдоль устройства 30. Это преимущество позволяет теплу распространяться относительно быстро вдоль всего устройства 30, тем самым заставляя устройство 30 нагреваться равномерно. Отвод тепла от большей области, такой как все устройство 30 или корпуса устройства, легче осуществить, чем отвод тепла от маленькой внутренней области.

Отметим, что рассеивающее тепло сквозное соединение 331 может проходить вверх через кристалл 31 или вниз через кристалл 32 (или через оба). Одним преимуществом проводящего тепло материала 320 является то, что рассеивающее тепло сквозное соединение 331 может быть смещено от проблемной тепловой области 310, тем самым освобождая области непосредственно над проблемной областью для использования электрической схемы или других элементов, сконструированных в различных слоях 301, 302, 303. Также отметим, что тепло не должно проходить непосредственно вверх через слои 301, 302, 303, а предпочтительно сквозное соединение 331 может, например, быть расположено под углом и/или быть изогнутым. Другое преимущество поперечного рассеивания тепла заключается в том, что нужно меньшее количество TSV.

Для многослойных устройств, имеющих более двух слоев, может быть использовано множество межслойных структур рассеивающих тепло материалов. Таким образом, тепло может распространяться в поперечном направлении от источника тепла на первое расстояние внутри первой межслойной области и затем проходить вверх в следующий слой благодаря сквозному соединению, и затем снова распространяться в поперечном направлении (в любую сторону) во второй межслойной области, при условии, что проводящий тепло материал расположен как в первой, так и во второй межслойных областях.

Одна система, позволяющая осуществлять даже лучший отвод тепла от материала 320, заключается в том, чтобы сделать один из слоев, например кристалл 31, периферически большим, чем другой кристалл 32, тем самым создавая площадь поверхности, такую как площадь поверхности 330, расположенную на нависающем выступе на большем из кристаллов. Отметим, что эта же технология будет работать для нескольких слоев, которые, при желании, можно расположить в виде перемежающихся выступов в зависимости от диаметра. Состав материала 320 не обязательно должен быть однородным на протяжении всей поверхности, а различия в материале 320 можно использовать для улучшения проводимости тепла от горячей(их) точки(ек) 310.

В одном варианте осуществления нижний кристалл больше верхнего кристалла. Таким образом, промежуток будет существовать между двумя верхними кристаллами (из одного слоя), которые лежат на нижнем кристалле. В соответствии с данным раскрытием изобретения материал, заполняющий промежуток, может быть обеспечен внутри этого промежутка между верхними кристаллами. Материал, заполняющий промежуток, может являться материалом, проводящим тепло, и может являться любым материалом с хорошей тепловой проводимостью, таким как алмазная пленка. В одном варианте осуществления проводящий температуру материал, заполняющий промежуток, термически соединен с материалом 320 для улучшения передачи тепла из многослойного ИС устройства.

Фиг.4 изображает один вариант осуществления 40 способа конструирования упакованных ИС устройств в соответствии с заявленным изобретением. Процесс 401 определяет, был ли выбран кристалл для конструирования многослойного ИС устройства. Если нет, то процесс 402 контролирует время ожидания. После того как кристалл выбран, процесс 403 определяет, нужно ли добавлять проводящий тепло материал к, по меньшей мере, одной поверхности кристалла. Проводящий тепло материал может быть осажден под управлением процесса 404 одним из способов, описанных выше, таких как обработка ХОГФ или ФОГФ, или материал может быть эжектирован или осажден в виде пленки.

Процессы 405 и 406 ожидают выбора следующего кристалла для соединения с ранее выбранным кристаллом. Процессы 407 и 408 добавляют проводящий тепло материал к следующему кристаллу, если необходимо, и процесс 409 затем соединяет кристаллы вместе. Процесс 410 определяет, нужно ли еще добавлять кристаллы. Если все кристаллы выбраны и покрыты проводящим тепло материалом (если необходимо), процесс 411 завершает соединение ИС, которая потом готова к проверке и/или использованию.

Хотя настоящее изобретение и его преимущества были подробно описаны, следует понимать, что различные изменения замены и альтернативы могут быть осуществлены без отклонения от сущности и объема изобретения, определенных в приложенной формуле изобретения. Например, хотя материал 320 был описан как неэлектропроводный, можно сделать материал электропроводным. В этом варианте осуществления электропроводный материал должен быть структурированным, т.е. чтобы имелась возможность его структурирования таким образом, чтобы он мог быть отделен от некоторых сквозных соединений, чтобы предотвратить электрические соединения, при этом все еще термически рассеивая тепло.

Объем настоящей заявки не предполагается быть ограниченным определенными вариантами осуществления процесса, механизма, производства, состава материала, средств, способов и этапов, описанных в спецификации. Специалисту в данной области техники из настоящего раскрытия будет понятно, что процессы, механизмы, производство, составы материала, средства, способы или этапы, существующие на данный момент, или те, которые будут позже разработаны, которые осуществляют практически ту же функцию или обеспечивают практически тот же результат, что и соответствующие раскрытые варианты осуществления, могут быть использованы в соответствии с данным изобретением. Соответственно, приложенная формула изобретения предполагает включение в ее объем таких процессов, механизмов, производства, составов материала, средств, способов или этапов.

Что же это за материал который
защищает котенка так надежно, что он не обращает внимания на огонь?
 Это материал — кремнийорганический
полимер, силикон — тонкий, прозрачный,
термостойкий, не проводящий тепло. (Пламя горелки около 1000 С.)

Полимеры в жизни людей.

В будущем появится много новых полимерных материалов—
легких, прочных, эластичных. Как же будут выглядеть одежда, обувь, жилища,
предметы обихода, транспорт?

Мы привыкли одеваться в ткани и обычно
уже не думаем, насколько сложно их изготовление. Сначала получают волокна, из
волокон делают нити (пряжу), из нитей — ткань. Каждый процесс состоит из
десятков отдельных операций, через многие машины проходит каждое волоконце (см.
т. 5 ДЭ, ст. “От волокна до ткани”).

Конечно, в будущем люди научатся получать материалы для
одежды более простыми путями, и некоторые из этих путей уже наметились. Прежде
всего, можно использовать тонкие слои полимерных пен. Они исключительно легки и
хороши для теплой одежды. Сейчас пены еще недостаточно прочны и

из них делают подкладку для утепления
одежды. Когда же повысят их прочность, они станут материалом для одежды.

Любой материал для одежды должен
пропускать воздух и пары влаги, быть пористым. Поэтому обычные сплошные пленки,
вероятно, никогда не будут служить материалом для одежды, за исключением плащей
и специальных защитных костюмов для работы с вредными веществами. Чтобы пленка
«дышала”, она должна содержать большое количество очень маленьких дырочек.

Нетканые материалы для одежды будут
получать и уже получают из беспорядочно перепутанных волокон, создавая нечто
среднее между войлоком, фетром и бумагой. Чтобы эти ткани были тонкими и
одновременно достаточно прочными, их делают из очень прочных волокон. Кроме
того, чтобы ткань не мялась, как бумага, волоконца должны быть упруги и склеены
друг с другом. Склеивающее вещество не должно образовывать сплошную пленку,
иначе потеряется пористость, способность пропускать воздух и влагу. Значит,
склейка будет точечной только в тех местах, где волоконца соприкасаются друг с
другом. Это очень нелегкая задача, но она разрешима. Привычные нам ткани
постепенно исчезнут и будут заменены различными неткаными изделиями.

Изменятся не только сами материалы для
одежды. Изменятся и волокна, из которых делают ткани. Появятся очень прочные
волокна. На первый взгляд может показаться, что прочность не так уж нужна одежде
— ведь никто не будет носить одну и ту же вещь десятки

лет.
Она надоест, выйдет из моды,
устареет прежде, чем износится. Но очень прочные волокна нужны и для нетканых
изделий, и для смешения с другими волокнами, которые менее прочны, но обладают
другими ценными свойствами. Наиболее интересна комбинация из очень прочных и
пористых волокон. Пористые волокна можно получить из полимерных пен. Они
исключительно легки и хороши для теплой одежды, но не прочны и не могут
применяться в чистом виде. В смеси же получатся замечательные легкие и теплые
материалы, у которых большое будущее.

Синтетические волокна так быстро совершенствуются, что
возникает вопрос: сохранятся ли в будущем натуральные волокна, какие, в каком
количестве и в каком виде? Уже сейчас известны химические волокна, свойства
которых лучше натуральных, и, главное, они дешевле, чем природные. В первую
очередь невыгодным станет производство натурального шелка.

Источник.
ДЭ. Т.3. с.486.  

назад

Отличные непроводящие термостойкие материалы Inspiring Collections

Купите выдающуюся. непроводящих термостойких материалов на Alibaba. com и убедитесь в неоспоримой производительности. Хотя выбирая правильный. непроводящих термостойких материалов для ваших нужд может быть сложным процессом, это относительно легко, если вы точно понимаете свои потребности и спецификации. С широким выбором. непроводящих термостойких материалов на объекте вы найдете в соответствии с вашим бюджетом и функциональными требованиями.

Изготовлен из прочных материалов. Непроводящие термостойкие материалы отличаются высокой прочностью и долговечностью. Эти. непроводящие термостойкие материалы также включает в себя новейшие технологии и инновации для непревзойденной эффективности изоляции. Они просты в установке и обслуживании. Файл. непроводящих термостойких материалов могут похвастаться высокими стандартами качества, потому что они продаются надежными поставщиками, которые имеют долгую историю стабильной поставки первоклассной продукции.

непроводящих термостойких материалов на Alibaba.com рассматривают проблемы, связанные с влажностью и влажностью. Они обладают высокой устойчивостью к влаге, поэтому их изоляционная способность не нарушается. Хотя. непроводящих термостойких материалов потребляют значительную энергию в процессе своего производства, экономия энергии за счет изоляции значительно выше. Файл. непроводящие термостойкие материалы характеризуются очень низкими показателями теплопроводности, что делает их лучшим выбором.Следовательно, они необходимы меньшей глубины и толщины для достижения требуемой тепловой защиты.

Воспользуйтесь этими функциями сегодня по доступной цене на Alibaba.com. Просмотрите сайт и откройте для себя неотразимое. непроводящих термостойких материалов предлагает наиболее логичный вариант, соответствующий вашим потребностям. Их эффективность продемонстрирует вам, почему они лучшие в своем классе, и даст вам лучшее соотношение цены и качества.

Физики нашли металл, который проводит электричество, но не нагревает

Исследователи определили металл, который проводит электричество, не проводя тепла — невероятно полезное свойство, которое бросает вызов нашему нынешнему пониманию того, как работают проводники.

Металл противоречит так называемому закону Видемана-Франца, который в основном гласит, что хорошие проводники электричества также будут пропорционально хорошими проводниками тепла, поэтому такие вещи, как двигатели и приборы, становятся такими горячими, когда вы их регулярно используете.

Но группа ученых из США показала, что это не относится к металлическому диоксиду ванадия (VO ₂ ) — материалу, который уже хорошо известен своей странной способностью переключаться с прозрачного изолятора на проводящий металл. при температуре 67 градусов по Цельсию (152 градуса по Фаренгейту).

«Это было совершенно неожиданное открытие», — сказал ведущий исследователь Цзюньцяо Ву из отдела материаловедения лаборатории Беркли.

«Это показывает резкое нарушение закона из учебников, который, как известно, был устойчивым для обычных проводников. Это открытие имеет фундаментальное значение для понимания основного электронного поведения новых проводников».

Это неожиданное свойство не только меняет то, что мы знаем о проводниках, оно также может быть невероятно полезным — металл однажды можно будет использовать для преобразования отработанного тепла от двигателей и приборов обратно в электричество или даже для создания более качественных оконных покрытий, которые сохранят здания. Круто.

Исследователям уже известно несколько других материалов, которые проводят электричество лучше, чем тепло, но они проявляют эти свойства только при температурах в сотни градусов ниже нуля, что делает их крайне непрактичными для любых реальных приложений.

Диоксид ванадия, с другой стороны, обычно является проводником только при высоких температурах, значительно превышающих комнатную, что означает, что он может быть намного более практичным.

Чтобы раскрыть это странное новое свойство, команда исследовала способ движения электронов в кристаллической решетке диоксида ванадия, а также количество выделяемого тепла.

К удивлению, они обнаружили, что теплопроводность, которую можно отнести к электронам в материале, была в 10 раз меньше, чем величина, предсказанная законом Видемана-Франца.

Причина этого, по-видимому, заключается в синхронизированном движении электронов через материал.

«Электроны движутся синхронно друг с другом, как жидкость, а не как отдельные частицы, как в обычных металлах», — сказал Ву.

«Для электронов тепло — это случайное движение.Нормальные металлы эффективно переносят тепло, потому что существует так много различных возможных микроскопических конфигураций, между которыми могут прыгать отдельные электроны. «

» Напротив, скоординированное движение электронов в виде маршевой полосы в диоксиде ванадия вредно для теплопередачи, так как там меньше конфигураций, доступных электронам для случайного переключения между ними », — добавил он. быть невероятно полезным для будущих приложений.

Например, когда исследователи добавили металлический вольфрам в диоксид ванадия, они снизили температуру, при которой материал стал металлическим, а также сделали его лучше проводником тепла.

Это означает, что диоксид ванадия может способствовать отводу тепла из системы, проводя тепло только при достижении определенной температуры. Раньше это был изолятор.

Диоксид ванадия также обладает уникальной способностью быть прозрачным до температуры около 30 градусов по Цельсию (86 градусов по Фаренгейту), но затем отражает инфракрасный свет с температурой выше 60 градусов по Цельсию (140 градусов по Фаренгейту), оставаясь прозрачным для видимого света.

Это означает, что его можно использовать даже в качестве оконного покрытия, которое снижает температуру без необходимости кондиционирования воздуха.

«Этот материал можно использовать для стабилизации температуры», — сказал один из исследователей, Фань Ян.

«Регулируя свою теплопроводность, материал может эффективно и автоматически рассеивать тепло жарким летом, потому что он будет иметь высокую теплопроводность, но предотвращает потерю тепла холодной зимой из-за своей низкой теплопроводности при более низких температурах.»

Необходимо провести гораздо больше исследований этого загадочного материала, прежде чем он будет коммерциализирован, но довольно интересно, что теперь мы знаем, что эти странные свойства присутствуют в материале при комнатной температуре.

Исследование было опубликовано в журнале Science.

10 лучших теплопроводящих материалов

Теплопроводность — это мера способности материалов пропускать через себя тепло.Материалы с высокой теплопроводностью могут эффективно передавать тепло и легко забирать тепло из окружающей среды.Плохие теплопроводники сопротивляются тепловому потоку и медленно извлекают тепло из окружающей среды. Теплопроводность материала измеряется в ваттах на метр на градус Кельвина (Вт / м • К) в соответствии с рекомендациями S.I (Международная система).

10 лучших измеряемых теплопроводных материалов и их значения приведены ниже. Эти значения проводимости являются средними из-за разницы в теплопроводности в зависимости от используемого оборудования и среды, в которой были получены измерения.

Теплопроводящие материалы

1. Diamond — 2000 — 2200 Вт / м • K

   Алмаз является ведущим теплопроводным материалом, и его значения проводимости, измеренные в 5 раз, выше, чем у меди, наиболее производимого металла в Соединенных Штатах. Атомы алмаза состоят из простой углеродной основы, которая представляет собой идеальную молекулярную структуру для эффективной передачи тепла. Часто материалы с простейшим химическим составом и молекулярной структурой имеют самые высокие значения теплопроводности.

   Diamond — важный компонент многих современных портативных электронных устройств. Их роль в электронике — способствовать рассеиванию тепла и защищать чувствительные части компьютера. Высокая теплопроводность алмазов также оказывается полезной при определении подлинности камней в ювелирных изделиях. Добавление небольшого количества алмаза в инструменты и технологии может сильно повлиять на свойства теплопроводности.

2. Серебро — 429 Вт / м • K

   Серебро — относительно недорогой и распространенный теплопроводник.Серебро входит в состав многих бытовых приборов и является одним из самых универсальных металлов из-за его ковкости. 35% серебра, производимого в США, используется для изготовления электрических инструментов и электроники (US Geological Survey Mineral Community 2013). Вспомогательный продукт серебра, серебряная паста, пользуется все большим спросом из-за его использования в экологически чистых источниках энергии. Серебряная паста используется в производстве фотоэлектрических элементов, которые являются основным компонентом солнечных батарей.

3. Медь — 398 Вт / м • K

   Медь — наиболее часто используемый металл для производства токопроводящих приборов в США.Медь имеет высокую температуру плавления и умеренную скорость коррозии. Это также очень эффективный металл для минимизации потерь энергии при передаче тепла. Металлические кастрюли, трубы для горячей воды и автомобильные радиаторы — все это приборы, в которых используются проводящие свойства меди.

4. Золото — 315 Вт / м • K

   Золото — редкий и дорогой металл, который используется в особых проводящих целях. В отличие от серебра и меди, золото редко тускнеет и может выдерживать большие количества коррозии.

5. Нитрид алюминия — 310 Вт / м • K

   Нитрид алюминия часто используется в качестве замены оксида бериллия. В отличие от оксида бериллия, нитрид алюминия не представляет опасности для здоровья при производстве, но по-прежнему демонстрирует химические и физические свойства, аналогичные оксиду бериллия. Нитрид алюминия — один из немногих известных материалов, предлагающих электрическую изоляцию наряду с высокой теплопроводностью. Он обладает исключительной стойкостью к тепловому удару и действует как электрический изолятор в механической стружке.

6. Карбид кремния — 270 Вт / м • K

   Карбид кремния — это полупроводник, состоящий из сбалансированной смеси атомов кремния и углерода. При изготовлении и сплавлении кремний и углерод соединяются, образуя чрезвычайно твердый и прочный материал. Эта смесь часто используется в качестве компонента автомобильных тормозов, турбинных машин и стальных смесей.

7. Алюминий — 247 Вт / м • K

   Алюминий обычно используется в качестве экономичной замены меди.Хотя алюминий не такой проводящий, как медь, его много, и с ним легко работать из-за его низкой температуры плавления. Алюминий является важным компонентом светильников L.E.D (светоизлучающих диодов). Медно-алюминиевые смеси набирают популярность, поскольку они могут использовать свойства как меди, так и алюминия и могут производиться с меньшими затратами.

8. Вольфрам — 173 Вт / м • K

   Вольфрам имеет высокую температуру плавления и низкое давление пара, что делает его идеальным материалом для приборов, которые подвергаются воздействию высоких уровней электричества.Химическая инертность вольфрама позволяет использовать его в электродах, являющихся частью электронных микроскопов, без изменения электрических токов. Он также часто используется в лампах и как компонент электронно-лучевых трубок.

9. Графит 168 Вт / м • K

   Графит — это распространенная, недорогая и легкая альтернатива другим углеродным аллотропам. Его часто используют в качестве добавки к полимерным смесям для улучшения их теплопроводных свойств. Батареи — знакомый пример устройства, использующего высокую теплопроводность графита.

10. Цинк 116 Вт / м • K

    Цинк — один из немногих металлов, которые можно легко комбинировать с другими металлами для создания металлических сплавов (смеси двух или более металлов). 20% цинковых приборов в США состоят из цинковых сплавов. При цинковании используется 40% производимого чистого цинка. Цинкование — это процесс нанесения цинкового покрытия на сталь или железо, которое предназначено для защиты металла от атмосферных воздействий и ржавчины.

Список литературы

Мохена, Т.К., Мочане, М. Дж., Сефади, Дж. С., Мотлунг, С. В., и Андала, Д. М. (2018). Теплопроводность полимерных композитов на основе графита. Влияние теплопроводности на энергетические технологии. DOI: 10,5772 / intechopen.75676
Нитрид алюминия. (нет данных). Получено с https://precision-ceramics.com/materials/aluminium-nitride/

.

База данных материалов Thermtest. https://thermtest.com/materials-database

Автор: Каллиста Уилсон, младший технический писатель Thermtest

Гальваника на непроводящих материалах | SPC

Быстрые ссылки

Что такое непроводящие материалы? | Проблема нанесения покрытия на керамику и пластмассу

Преимущества химического нанесения покрытия | Электрохимическое покрытие | Использование гальваники для завершения процесса

Производители в самых разных отраслях промышленности полагаются на гальваническое покрытие как на завершающий штрих своей продукции.Гальваника предлагает несколько преимуществ для конечной детали, включая усиленную поверхность, защиту от коррозии, устойчивость к износу и общее улучшение внешнего вида.

Если вы знакомы с гальваникой, вы, вероятно, знаете, что этот метод заключается в погружении подложки в химическую ванну, содержащую ионы металла, такого как золото, медь, никель или серебро. Сразу после этого процесса путем подачи постоянного тока покрытие наносится путем электроосаждения.

В большинстве случаев процесс нанесения покрытия влечет за собой нанесение металлического покрытия на поверхность другого металлического объекта. Эти металлы могут проводить электричество, что важно для облегчения адгезии покрытия. Но что произойдет, если вам нужно наклеить металл на поверхность из непроводящего материала?

Что такое непроводящие материалы?

Непроводящие материалы, также известные как изоляторы, — это материалы, которые либо предотвращают, либо блокируют поток электронов.Эти материалы демонстрируют эту особенность, потому что атомы внутри этих изоляторов не содержат лишних электронов, необходимых для прохождения электрического заряда, что делает прохождение заряда через материал невероятно трудным.

Некоторые примеры непроводящих материалов включают бумагу, стекло, резину, фарфор, керамику и пластик. Из этих материалов стекло, керамика и пластик являются стандартными во многих отраслях промышленности и часто покрываются металлом, чтобы изменить их внешний вид и физические свойства.Гальванические непроводящие материалы особенно популярны в следующих секторах.

• Автомобилестроение: В автомобильной промышленности используется довольно много гальванических непроводящих материалов, в основном пластика. Пластиковые детали легко формуются практически в любую форму, а затем наклеиваются на пластину, что дает автомобильным инженерам более творческую свободу в своих конструкциях, не рискуя увеличить вес своих автомобилей.
• Домашняя арматура : Пластиковая и керамическая арматура широко используется в доме и вокруг него во всем, от сантехники и электроустановок до ручек и декоративных элементов.В то время как простой пластик или керамика не всегда являются наиболее привлекательным вариантом, гальванические непроводящие материалы обладают большей эстетической привлекательностью, а также обеспечивают такие преимущества, как повышенная износостойкость. Кроме того, эти продукты, как правило, дешевле, чем их цельнометаллические аналоги, а это означает, что они имеют более конкурентоспособные цены.
• Электроника: Покрытие — это стандартная процедура в электронной промышленности, используемая при создании различных электронных компонентов. Покрытие улучшает внешний вид пластиковой накладки на личной электронике, а также часто применяется в качестве защитного элемента на печатных платах и ​​керамических деталях.

Вы также можете найти гальванические непроводящие материалы в нескольких типах потребительских товаров, включая кухонные принадлежности, туалетные принадлежности, предметы ванной комнаты, одежду и даже крышки для бутылок.

Проблема нанесения покрытия на керамику и пластмассу

Обрабатывающая промышленность знает о нанесении покрытия на непроводящие материалы гораздо больше, чем когда это было вначале, и этот процесс постоянно совершенствуется. Тем не менее, все еще нередко возникают проблемы при нанесении покрытия на непроводящие материалы.Чтобы обеспечить высококачественный результат, важно помнить о нескольких факторах, наиболее заметными из которых являются факторы, связанные с дизайном продукта и процессами нанесения покрытия. Эти трудности описаны ниже, причем наиболее серьезные проблемы, безусловно, перечислены первыми.

Непроводящие материалы не проводят электричество: Хотя это очевидный момент, о котором говорилось выше, его важно помнить, поскольку он влияет на процесс гальваники. Поскольку материал подложки не может проводить электричество, его невозможно покрыть традиционным способом гальваники.В результате первый слой, нанесенный на деталь, необходимо будет нанести методом химического нанесения покрытия. Этот шаг сам по себе является сложной задачей, поскольку он значительно влияет на обращение с продуктом в процессе проектирования и нанесения покрытия.

Препятствия при проектировании: Одной из наиболее значительных трудностей, связанных с покрытием из непроводящего материала, является разработка продукта для процесса нанесения покрытия. Поскольку вы не можете покрыть непроводящие материалы с помощью электрического тока, их конструкция должна учитывать химическое нанесение покрытия.Чтобы покрытие было успешным, очень важно, чтобы в дизайн продукта были включены следующие особенности и соображения.

• Толщина стенки: Стенки продукта должны иметь толщину 3,8 мм или меньше. Более толстые стенки обеспечивают меньший поток воздуха, что может привести к неравномерному охлаждению и вызвать деформацию или усадку детали. Вместо более толстых стенок ребра могут повысить прочность компонента, что дает преимущество в сохранении низкого веса продукта.
• Минимальное отклонение: Размеры поперечного сечения продукта должны быть одинаковыми во всем.Вместо того, чтобы проектировать продукт с острыми краями, изгибами, углами и выемками, создавайте его с мягкими изгибами. До глубоких канавок может быть трудно добраться, а острые углы могут привести к скоплению пластин или заусенцев, которые влияют на окончательную посадку и внешний вид продукта.
• Легкий слив: Одной из наиболее серьезных проблем в процессе нанесения покрытия является улавливание технологических химикатов. Эти химические вещества, используемые в операциях очистки, ополаскивания или гальваники, могут попасть внутрь или на поверхность продукта и вытечь на другом этапе, вызывая повреждение или препятствуя слипанию слоя.Чтобы этого избежать, проектируйте детали так, чтобы они могли быстрее стекать — например, если конструкция включает глухое отверстие, сделайте его сквозным или увеличьте его, чтобы облегчить процесс слива жидкости.
• Конструкция для выталкивания: Для пластмассовых деталей особенно важна конструкция пресс-формы. Крайне важно спроектировать пресс-форму продукта, чтобы можно было легко извлечь готовую деталь без смазки для пресс-формы. Смазочные материалы для пресс-форм, такие как силикон, могут прилипать к пластиковой поверхности и препятствовать прилипанию покрытия к детали.Вместо использования таких средств, простые шаги, такие как отделка формы до полированной поверхности, могут облегчить выталкивание без использования проблемных химикатов.

Проблемы с нанесением покрытия: Хотя нанесение покрытия на неметаллические материалы, такие как керамика и пластмассы, дает много преимуществ, этот процесс может быть значительно сложнее, чем нанесение покрытия на металл. Некоторые из наиболее важных соображений, которые следует учитывать при нанесении покрытия из непроводящих материалов, включают следующее.

• Чистота: Обеспечение чистоты материала основы имеет важное значение для получения качественного конечного продукта — загрязненные поверхности могут вызвать ряд проблем с покрытием, включая плохую адгезию и дефекты поверхности. Для этого перед нанесением покрытия материал подвергается химической очистке, удаляя открытые участки поверхности от загрязняющих веществ с помощью химических ванн. Однако основание — не единственное, что должно оставаться в первозданном виде — пластиковые формы, стойки, ванны и другое оборудование, используемое в процессе производства и нанесения покрытия, должны оставаться чистыми, чтобы избежать осаждения загрязняющих веществ внутри и на продукте.
• Слив: Слив и сушка продукта между каждым этапом важны, поэтому разработка продукта для слива имеет жизненно важное значение. Захваченные химические вещества могут вытекать на этапах процесса нанесения покрытия, что приводит к некачественной пластине или плохой адгезии между слоями покрытия.
• Сушка: Влага также может быть проблемой во время нанесения покрытия — скопления влаги в пластиковых деталях могут привести к дефектам поверхности, таким как пузыри и растрескивание.
• Деформация и разрыв: Непроводящие материалы могут деформироваться или ломаться на различных этапах процесса нанесения покрытия из-за воздействия экстремальных температур или токов.Ошибки в обращении также могут привести к этим проблемам.

Хотя эти проблемы, безусловно, отличаются от препятствий, с которыми люди сталкиваются при нанесении покрытия на проводящие материалы, их относительно легко преодолеть, особенно если вы работаете с профессиональной компанией по нанесению покрытий, которая специализируется на гальванике непроводящих материалов и знакома с сложными аспектами процесс.

Почему выгодно использовать химическое нанесение покрытия на керамические и пластмассовые детали

Применение химического нанесения покрытия и различных дополнительных операций делает нанесение покрытия на керамику более сложным, чем традиционная отделка «металл по металлу».Однако дополнительные усилия могут дать несколько ценных преимуществ для вашего продукта и для вашей компании в целом. Некоторые из наиболее распространенных характеристик и преимуществ, которые необходимы для нанесения покрытия методом химического восстановления, включают следующее.

• Поверхностная проводимость: В некоторых электронных устройствах может потребоваться прохождение электрического тока по поверхности детали. Покрытие непроводящей подложки проводящим покрытием, например медью, позволит продукту проводить этот ток. Возможность покрывать пластик проводящим покрытием позволила производителям электроники создавать более легкие изделия, которые находят множество применений в автомобильной, аэрокосмической и бытовой электронике.
• Тепловые характеристики: В некоторых отраслях промышленности требуются детали для работы в высокотемпературных средах или средах, где температура колеблется между горячим и холодным. Металлическое покрытие может защитить менее термостойкую подложку от деформации или разрушения в этих условиях, что важно для автомобильных и аэрокосмических применений.
• Защита от повреждений: Металл более прочен, чем пластик или керамика, и нанесение металлического покрытия на любую подложку может помочь защитить эти изделия от повреждений.Металл более устойчив к износу при постоянном использовании, что помогает при производстве потребительских товаров. Он также имеет лучшую поверхностную твердость, чем пластик, что затрудняет разрушение продукта.
• Коррозионная стойкость: Одной из наиболее серьезных форм повреждения пластиковых и керамических деталей является коррозия: пластик со временем подвергается коррозии под воздействием определенных химикатов и факторов окружающей среды, в то время как некоторые керамические изделия могут быть подвержены коррозии из-за влаги.Коррозионно-стойкие металлы, такие как золото и никель, действуют как защитные слои от этой коррозии, эффективно увеличивая срок службы изделия с покрытием.
• Повышенная прочность: В зависимости от конкретного материала некоррозионные основы имеют разную твердость. Независимо от того, керамическое оно или пластиковое, металлическое покрытие может повысить твердость и прочность продукта, позволяя ему выдерживать интенсивное использование в течение более длительных периодов времени.
• Снижение веса: Нанесение металлического покрытия на прочные, но легкие материалы — простой способ изготавливать функциональные, эстетически привлекательные детали, которые значительно легче по весу, чем цельнометаллические компоненты.Например, нанесение покрытия на пластик — это метод, который был распространен в автомобильной промышленности с 1960-х годов как способ снижения веса и повышения эффективности использования топлива.
• Улучшенная эстетика: Пластмассы, керамика и стекло могут не соответствовать внешнему виду более крупного продукта или сами по себе могут быть тусклыми или непривлекательными. Металлическое покрытие может придать блеск поверхности объекта, сделать его более привлекательным или помочь ему придать желаемый вид. Хромирование пластика является особенно популярной формой, особенно в автомобильной промышленности.

Сочетание этих факторов приведет к более качественной и красивой керамической продукции. Клиенты с большей готовностью приобретут – и сделают повторный заказ, когда придет время. В то время, когда привлечение и удержание клиентов является более сложной задачей, чем когда-либо, нанесение покрытия на керамику может положительно повлиять на выручку производителя, а также на то, что имеет наибольшее значение, на чистую прибыль.

Использование химического нанесения покрытия для покрытия керамических и пластмассовых деталей

Ключ к нанесению гальванических покрытий из непроводящих материалов — это процесс, называемый химическим нанесением покрытия.В отличие от гальваники, которая основана на нанесении тонкого слоя металла с помощью электрического тока, химическое нанесение покрытия наносит легкий слой металла без использования электричества. Вместо этого процесс химического нанесения покрытия склеивает покрытие с помощью автокаталитической реакции. Ниже мы объясним эти шаги более подробно.

1. Очистка: Перед нанесением любых химикатов поверхность основы должна быть очищена от масел, смазок и твердых частиц — любые из них могут помешать процессу травления или гальваники и привести к получению не отвечающего стандартам покрытия.Как правило, очистка включает нанесение нескольких кислот и щелочей, чередующихся с несколькими полосканиями, чтобы удалить любые химические остатки.
2. Травление: После того, как поверхность материала станет чистой, процедура, называемая травлением, подготавливает ее к нанесению покрытия. В этом процессе пластиковая или керамическая деталь погружается в раствор для травления хромом и серой, который разъедает поверхность подложки. Этот процесс создает текстуру на поверхности детали, которая позволяет металлу легко прилипать к основанию.После завершения этого шага необходимо тщательно очистить субстрат, чтобы нейтрализовать избыток хромовой кислоты.
3. Ванна с электролитом: Следующим шагом после травления является погружение объекта в ванну с электролитом из солей палладия и олова. Затем объект покрывается раствором никеля или меди для химического восстановления. Раствор солей палладия и олова действует как катализатор, вызывая реакцию, которая заставляет никель или медь образовывать тонкое покрытие на подложке.
4. Альтернатива краске: Если вы предпочитаете другой метод, а не ванну с электролитом, вы можете нанести на поверхность основы токопроводящую краску.
5. Гальваника меди: Когда слой химического восстановления готов, тонкий слой металлической меди наносится на поверхность детали электроосаждением.

В зависимости от требований производителя, химического нанесения покрытия может быть достаточно, чтобы обеспечить идеальную отделку продукта. Однако при желании можно также нанести гальваническое верхнее покрытие, особенно если есть необходимость укрепить поверхность или улучшить окончательный внешний вид заготовки.

Использование гальванических покрытий для завершения процесса

После завершения процесса химического нанесения покрытия поверхность подложки подвергается «металлизации», которая представляет собой адгезию вторичного покрытия посредством гальваники. В этом процессе электрический ток заставляет растворенные ионы металлов прилипать к поверхности объекта. В то время как непроводящие материалы не могут подвергаться этому процессу из-за их неспособности нести электрический заряд, керамика и пластмассы, металлизированные с помощью химического нанесения покрытия, могут проводить электричество и, следовательно, могут подвергаться гальванике.

Процесс нанесения гальванического покрытия на металлизированные непроводящие материалы такой же, как и при нанесении гальванического покрытия на металлическую деталь — подложка действует как отрицательно заряженный электрод, а предпочтительным металлом является положительно заряженный электрод. Оба погружаются в ванну с электролитом, и в систему попадает внешний электрический ток. Ток окисляет атомы металла в выбранном металле, растворяя их в ванне с электролитом. Затем эти атомы начинают покрывать подложку желаемой толщины.Таким образом можно добавить несколько слоев.

Нанесение покрытия на непроводящие материалы может быть сложным процессом, требующим учета множества факторов. Однако это может быть намного проще, если с вами будет работать опытная компания по нанесению покрытий.

В компании Sharretts Plating Company более 90 лет опыта в области обработки металлов, который мы можем использовать, чтобы помочь вам в достижении ваших целей. Мы обладаем обширным опытом в области процессов химического нанесения покрытия на непроводящие материалы и много работали над совершенствованием наших методов нанесения гальванического покрытия на пластмассовые и керамические материалы.Мы будем работать с вами, чтобы максимально улучшить ваш дизайн и разработать индивидуальный процесс, соответствующий вашим производственным потребностям.

Узнайте больше сегодня! Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации или заполните эту форму, чтобы получить бесплатное предложение без каких-либо обязательств.

Теплопроводность обычных материалов

В этой статье представлены данные о теплопроводности для ряда распространенных материалов. Теплопроводность измеряет способность материала пропускать тепло через проводимость.

Теплопроводность измеряет способность материала пропускать тепло через проводимость.Теплопроводность материала сильно зависит от состава и структуры. Вообще говоря, плотные материалы, такие как металлы и камень, являются хорошими проводниками тепла, в то время как вещества с низкой плотностью, такие как газ и пористая изоляция, плохо проводят тепло.

Теплопроводность материалов требуется для анализа сетей теплового сопротивления при изучении теплопередачи в системе.

Дополнительную информацию см. В статье «Значения теплопроводности для других металлов и сплавов».

В следующих таблицах показаны значения теплопроводности для обычных веществ.

Стекло 20

80

9040 20

052

1,329

9040

0,380

0,0241 0,024 0,026

9040

9040

Статья создана: 5 ноября 2013 г.

Теги статьи

Низкая теплопроводность — обзор

Какие металлы лучше всего проводят тепло?

Теплопроводность измеряет способность металла проводить тепло. Это свойство различается в зависимости от типа металла, и его важно учитывать в приложениях, где часто встречаются высокие рабочие температуры.

В чистых металлах теплопроводность остается примерно такой же при повышении температуры. Однако в сплавах теплопроводность увеличивается с температурой.

Какие металлы лучше всего проводят тепло?

Как видите, из наиболее распространенных металлов медь и алюминий обладают самой высокой теплопроводностью, а сталь и бронза — самой низкой.Теплопроводность — очень важное свойство при выборе металла для конкретного применения. Поскольку медь является отличным проводником тепла, она хороша для теплообменников, радиаторов и даже днища кастрюль. Поскольку сталь плохо проводит тепло, она подходит для использования в высокотемпературных средах, таких как двигатели самолетов.

Вот некоторые важные области применения, в которых требуются металлы, хорошо проводящие тепло:

• Теплообменники
• Радиаторы
• Посуда

Теплообменники

Теплообменник — это обычное применение, где важна хорошая теплопроводность.Теплообменники выполняют свою работу, передавая тепло для нагрева или охлаждения.

Медь — популярный выбор для теплообменников в промышленных объектах, систем кондиционирования воздуха, охлаждения, резервуаров для горячей воды и систем теплых полов. Его высокая теплопроводность позволяет теплу быстро проходить через него. Медь имеет дополнительные свойства, желательные для теплообменников, включая устойчивость к коррозии, биологическому обрастанию, нагрузкам и тепловому расширению.

Алюминий также может использоваться в некоторых теплообменниках как более экономичная альтернатива.

Теплообменники обычно используются в следующих ситуациях:

Промышленные объекты

Теплообменники на промышленных объектах включают ископаемые и атомные электростанции, химические предприятия, опреснительные установки и морские службы.

На промышленных предприятиях медно-никелевый сплав используется для изготовления труб теплообменника. Сплав имеет хорошую коррозионную стойкость, что защищает от коррозии в морской среде. Он также обладает хорошей устойчивостью к биологическому обрастанию, чтобы избежать образования водорослей и морского мха.Алюминиево-латунный сплав имеет аналогичные свойства и может использоваться как альтернатива.

Солнечные системы термального водоснабжения

Солнечные водонагреватели — это экономичный способ нагрева воды, в котором медная трубка используется для передачи солнечной тепловой энергии воде. Медь используется из-за ее высокой теплопроводности, устойчивости к воздушной и водной коррозии и механической прочности.

Газовые водонагреватели

Газо-водяные теплообменники передают тепло, вырабатываемое газовым топливом, воде.Они распространены в жилых и коммерческих котлах. Для газовых водонагревателей предпочтительным материалом является медь из-за ее высокой теплопроводности и простоты изготовления.

Принудительное воздушное отопление и охлаждение

Тепловые насосы, использующие воздух, давно используются для отопления жилых и коммерческих помещений. Они работают за счет теплообмена воздух-воздух через испарители. Их можно использовать в дровяных печах, котлах и печах. Опять же, медь обычно используется из-за ее высокой теплопроводности.

Радиаторы

Радиаторы — это теплообменник, передающий тепло, выделяемое электронным или механическим устройством, в движущуюся охлаждающую жидкость. Жидкость отводит тепло от устройства, позволяя ему остыть до желаемой температуры. Используются металлы с высокой теплопроводностью.

В компьютерах

радиаторы используются для охлаждения центральных процессоров или графических процессоров. Радиаторы также используются в мощных устройствах, таких как силовые транзисторы, лазеры и светодиоды (светодиоды).

Радиаторы предназначены для увеличения площади поверхности, контактирующей с охлаждающей жидкостью.

Алюминиевые сплавы являются наиболее распространенным материалом для теплоотвода. Это потому, что алюминий стоит меньше меди. Однако медь используется там, где требуется более высокий уровень теплопроводности. В некоторых радиаторах используются комбинированные алюминиевые ребра с медным основанием.

Посуда

Металл с хорошей теплопроводностью чаще используется в быту в посуде. Когда вы разогреваете еду, вы не хотите ждать весь день.Вот почему медь используется для изготовления дна высококачественной посуды, потому что металл быстро проводит тепло и равномерно распределяет его по своей поверхности.

Однако, если у вас ограниченный бюджет, вы можете использовать алюминиевую посуду в качестве альтернативы. Для разогрева еды может потребоваться немного больше времени, но ваш кошелек будет вам благодарен!

Металлические Супермаркеты

Metal Supermarkets — крупнейший в мире поставщик мелкосерийного металла с более чем 100 магазинами в США, Канаде и Великобритании.Мы эксперты по металлу и обеспечиваем качественное обслуживание клиентов и продукцию с 1985 года.

В Metal Supermarkets мы поставляем широкий ассортимент металлов для различных областей применения. В нашем ассортименте: низкоуглеродистая сталь, нержавеющая сталь, алюминий, инструментальная сталь, легированная сталь, латунь, бронза и медь.

У нас в наличии широкий ассортимент форм, включая стержни, трубы, листы, пластины и многое другое. И мы можем разрезать металл в точном соответствии с вашими требованиями.

Посетите одно из наших 100+ офисов по всей Северной Америке сегодня.