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グラファイト材料の中で、カーボンナノチューブ (CNT) は、高出力デバイス用の安定で熱伝導性の高い放熱フィルムの最も有望な候補の1つであると考えられています。 CNTは超高軸熱伝導率を持ち、よく構造化された単壁CNTの軸熱伝導率は6000 W/(m・K) を超える可能性があります。...

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グラファイト材料の中で、カーボンナノチューブ (CNT) は、高出力デバイス用の安定した熱伝導性の高い放熱フィルムの最も有望な候補の1つであると考えられています。

CNTは超高軸熱伝導率を備えており、また、構造化された単層CNTの軸熱伝導率は、6000 W/(m・K) を超える可能性があります。

Chen et al。熱伝導率を改善するために、ポリマーの熱伝導性フィラーとしてCNT粉末を使用しました。ただし、CNTの体積分率が小さく、ランダムCNTフィラー間の接触が悪いため、複合材料の熱伝導率の改善は限られています。CNT分散液の真空ろ過によって調製されたCNTバッキーペーパーは、平面方向に100 W/(m・K) を超える熱伝導率を示すことができます。したがって、密に配置されたCNT構造は、CNTをナノスケールからマクロスケールに移行するための理想的な足場です。

CNTは、強いsp2混成炭素原子と長いフォノン平均自由経路を持っています。また、CNT/ポリマーコンポジットやCNTアレイなど、さまざまなCNTベースの熱伝導材料が開発されています。垂直カーボンナノチューブアレイ (VACNT) は、厚さ方向に優れた熱伝導率を示し、高い熱伝導率と高い機械的コンプライアンスの両方を備えています。これは、2つの接触面間の熱膨張係数の不一致によって引き起こされる熱応力の問題を解決するのに役立ちます。そのため、VACNTは、高出力デバイスにおける高性能熱伝導材料の候補となることが期待されています。

分子動力学シミュレーションでは、CNTアレイの面内熱伝導率は0.056 W/(m・K) と低いと予測されています。これにより、デバイスとそれに対応する熱源のサイズを小さくすると、高い水平熱伝導率が必要になるため、高出力デバイスでのVACNTの適用性が低下します。VACNTのCNTの体積割合は5% 未満であり、複合材料のCNTの体積割合が少ないことは、常にその開発を制限する重要な問題の1つです。

さらに、CNTアレイの多くの元の結晶欠陥も、それらの熱伝導率を大幅に制限します。垂直方向におけるVACNTの高度に配向された構造のために、水平方向におけるCNT間の相互作用力は相対的に制限される。中央のエアギャップにより、水平熱伝導率と機械的特性 (曲げ強度、引張強度など) が劣化します。最終的に、VACNTは、高出力デバイスのアプリケーションで圧力によって簡単に損傷したり、粗い界面を完全に埋めることができないため、方向性のある熱伝達でその役割を果たすことができません。

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