מצב פיתוח ואמצעי נגד של חומר ממשק תרמי
לטמפרטורות גבוהות יכולות להיות השפעות מזיקות על היציבות, האמינות ותוחלת החיים של רכיבים אלקטרוניים. לעתים קרובות יש פערים קטנים בין רכיבים אלקטרוניים לגוף הקירור, וכתוצאה מכך שטח מגע בפועל של 10 אחוז בלבד משטח הבסיס של גוף הקירור, מה שמפריע מאוד להעברת החום. השימוש בחומר ממשק תרמי למילוי הפערים יכול להפחית באופן משמעותי את ההתנגדות התרמית למגע, ולהבטיח שהחום שנוצר על ידי הרכיבים האלקטרוניים המחממים יפרק בזמן
עם כניסתו של עידן האינטרנט של הדברים, האינטגרציה של מוצרים אלקטרוניים ממשיכה להשתפר. בנוסף, הכנסת אותות בתדר גבוה ושדרוג רכיבי החומרה הביאו להכפלת מספר המכשירים והאנטנות המחוברים, וכתוצאה מכך לעלייה מתמשכת בצריכת החשמל ולעלייה מהירה בייצור החום. לחומרי ממשק תרמי יש מוליכות תרמית מצוינת ויכולת הסתגלות סביבתית חזקה, המספקים עזרה רבת עוצמה לאינטגרציה ומיזעור גבוהים של ציוד, וצפויים להפוך לפתרונות הניהול התרמיים המשבשים והטרנספורמטיביים ביותר.
במונחים של תעשייה, תעשיית האלקטרוניקה, המיוצגת על ידי שלושת המגזרים החמים, מציגה יותר ויותר דרישות למערכות ניהול תרמי מתקדמות וחומר ממשק תרמי:
מוצרי אלקטרוניקה חכמה:למוצרים האלקטרוניים של סמארטפונים וטאבלטים יש מבנה מהודק ומשולב מאוד, והשיפור המתמיד של צפיפות שטף החום העלה דרישות גבוהות יותר ויותר למערכות ניהול חום.
ציוד תקשורת:ציוד תקשורת הופך יותר ויותר מורכב, צריכת החשמל עולה וערך החום עולה במהירות, מה שיביא לביקוש מצטבר עצום לחומר ממשק תרמי.
אלקטרוניקה לרכב:מצד אחד, טמפרטורת העבודה של מודול הבקרה האלקטרוני של המנוע, מודול ההצתה, מודול הכוח והחיישנים השונים גבוהה במיוחד; מצד שני, כוח הסוללה של רכבי אנרגיה חדשים הוא עצום, וקירור האוויר המסורתי וקירור המים אינם מספיקים כדי להתמודד עם פיזור החום העצום. יש דרישה דחופה ומותאמת אישית לחומר ממשק תרמי.
בנוסף, מכשירים המשמשים בתעופה, תעופה וחלל, צבא ואחרים צריכים בדרך כלל לפעול בסביבות קשות כמו תדר גבוה, מתח גבוה, הספק גבוה וטמפרטורות קיצוניות, ודורשים אמינות גבוהה, זמן עבודה ארוך ללא תקלות וזמן עבודה גבוה במיוחד. דרישות ביצועים מקיפות גבוהות לחומרי פיזור חום.
על פי נתוני מחקר של BCC, גודל השוק העולמי של חומרי ממשק תרמי גדל מ-716 מיליון דולר ב-2014 ל-937 מיליון דולר ב-2018, עם שיעור צמיחה שנתי מורכב של 7.4 אחוזים. צפוי שגודל השוק יגיע ל-1.08 מיליארד דולר בשנת 2021. ביניהם, אזור אסיה פסיפיק יעלה על 812 מיליון דולר, אירופה כ-113 מיליון דולר, צפון אמריקה כ-101 מיליון דולר, ואזורים אחרים כ-54 מיליון דולר. דולר אמריקני.
לחומרים מרוכבים המוליכים תרמיים יש את היתרונות של צפיפות נמוכה, תכונות דיאלקטריות מצוינות, מחירי חומרי גלם נמוכים ועיבוד קל, אך המוליכות התרמית של חומרים מרוכבים מוליכים תרמיים מבוססי פולימר נמוכה יחסית. חומרים נאנו אורגניים כגון תחמוצת אלומיניום, אלומיניום ניטריד, סיליקון קרביד, בורון ניטריד וננו-צינורות פחמן יכולים לשפר ביעילות את המוליכות התרמית של חומרים פולימריים, אך חומרי מילוי אנאורגניים יהפכו חומרים פולימריים לשבירים וקשים. נכון לעכשיו, אין פתרון טוב לבעיה הזו, והשוק הבינלאומי והמקומי נמצאים בעצם על אותו מסלול.
החומר הממשק התרמי האידיאלי צריך להיות בעל המאפיינים הבאים: מוליכות תרמית גבוהה, גמישות גבוהה, הרטיבות פני השטח, צמיגות נאותה, רגישות ללחץ גבוהה, יציבות תרמית וקור טובה, לשימוש חוזר וכו'. לכן, יש לטפל בבעיות נוספות:
ראשית, בתכנון של חומרים מרוכבים מבוססי פולימר, יש צורך בתכנון חיזוק מתקדם יותר כדי לשפר מוליכות תרמית תוך הבטחת תכונות מכניות;
שנית, במונחים של הכנת ועיבוד החומר, יש צורך לשפר את חיבור הממשק בין חומרי מילוי, חיזוקים ומטריצה כדי לקבל תצורה אידיאלית של חומר מרוכב;
שלישית, במונחים של מחקר תיאורטי בסיסי, יש צורך להבין יותר את הולכת חום פונון רב קנה מידה, מנגנון הולכת נושא, מנגנון צימוד אלקטרוני פונון, מנגנון הובלת אלקטרונים ופונונים מורכבים בממשק וכו', כדי לספק בסיס תיאורטי עבור העיצוב של חומר ממשק תרמי.
