Il dottor Cheol-Woo Ahn, a capo di un gruppo di ricerca presso il Dipartimento di ceramica funzionale all'interno della divisione dei materiali ceramici del Korea Institute of Materials Science (KIMS), ha sviluppato il primo materiale di dissipazione del calore al mondo. Questo materiale riduce l'idrofilicità attraverso una reazione chimica che forma uno strato composito nanocristallino e aumenta la conduttività termica controllando i difetti puntuali. Questo processo avviene durante un semplice processo di sinterizzazione che non richiede trattamento superficiale.
La ricerca è pubblicata sulla rivista Small Methods .
Il riempitivo di allumina convenzionale, ampiamente utilizzato per la dissipazione del calore, presenta limitazioni nel miglioramento della conduttività termica. Pertanto, esiste il potenziale nell’utilizzo della magnesia, che offre un basso costo della materia prima ed eccellenti conduttività termica e resistività. Tuttavia, l'elevata temperatura di sinterizzazione della magnesia, pari a 1.800°C, e la sua natura igroscopica, che reagisce con l'umidità presente nell'aria, ne hanno limitato l'uso come riempitivo termico.
Il team di ricerca ha utilizzato additivi per creare un sottile strato composito nanocristallino durante il processo di sinterizzazione, formando uno strato protettivo che reagisce con l’umidità. Sono riusciti ad aumentare la conduttività termica controllando i difetti attraverso temperature di sinterizzazione più basse. Si ritiene che questa svolta superi i limiti dei materiali di magnesia esistenti e apra nuove possibilità per i materiali di gestione termica nelle industrie di prossima generazione.
Negli ultimi anni, con i progressi nei settori high-tech, la miniaturizzazione e la multifunzionalità dei componenti elettronici hanno posto sfide significative per la gestione termica. Ciò è particolarmente evidente nelle batterie ad alta capacità dei veicoli elettrici e nella maggiore integrazione di componenti elettronici, che necessitano di materiali di dissipazione del calore con elevata conduttività termica per gestire la crescente densità di calore.
Sulla base delle proiezioni delle vendite di veicoli elettrici, si prevede che il mercato dei materiali di dissipazione del calore utilizzati nei materiali di interfaccia termica dei veicoli elettrici raggiungerà circa 9,7 trilioni di won nel 2025. I risultati di questa ricerca sono molto promettenti nell'affrontare i problemi di reazione all'umidità e l'elevata sinterizzazione temperature associate ai materiali di dissipazione del calore esistenti a basso costo.
Il Dr. Cheol-Woo Ahn, ricercatore senior, ha dichiarato:"Siamo stati in grado di affrontare il problema della reazione dell'umidità, che causa la miscelazione con i polimeri, in modo semplice attraverso gli additivi nel processo di produzione dei riempitivi ceramici a base di ossido. Abbiamo sviluppato riempitivi a base di ossido con elevata conduttività termica controllando i difetti. Prevediamo che il riempitivo sviluppato per la dissipazione del calore in magnesia, a basso costo e di alta qualità, dominerà il mercato dei materiali ceramici per la dissipazione del calore."
Ulteriori informazioni: Hyun-Ae Cha et al, Strato composito nanocristallino realizzato mediante semplice sinterizzazione senza trattamento superficiale, riduzione dell'idrofilicità e aumento della conducibilità termica, Piccoli metodi (2023). DOI:10.1002/smtd.202300969
Informazioni sul giornale: Piccoli metodi
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