Í leit að hærri hitaleiðni fyrir varmaviðmótsefni er aukning á fyllingarhlutfalli hitaleiðandi fylliefna áhrifarík leið til að auka hitauppstreymi samsettra efna. Hins vegar, í hagnýtum forritum, þegar fyllingarhlutfall varmaleiðandi fylliefna fer yfir ákveðinn þröskuld, eykst hörku efnisins verulega, vinnsla verður erfið og samhæfni minnkar verulega, á meðan framför í hitaleiðni er í lágmarki eða jafnvel staðnar. Á bak við þetta fyrirbæri liggur lykilhugtak í vísindum um varmaleiðandi efni-mikilvægt fyllingarhlutfall.
1. Gerð fyllingar
Fyrir varmaleiðandi fylliefni, innan varmaleiðandi samsetts efnis, byggir innri varmaflutningurinn fyrst og fremst á tveimur burðarefnum: rafeindum og hljóðeindum. Mismunandi hitaflutningsaðferðir hafa mikil áhrif á mikilvæga fyllingarhlutfallið sem þarf til að fylliefni myndi skilvirkt varmaleiðandi net:
Rafræn leiðandi fylliefni (td silfur, kopar og grafín)
Þessi fylliefni treysta á hreyfingu og árekstra frjálsra rafeinda fyrir hitaflutning. Kjarni kostur þeirra liggur í umtalsverðum skammtagangaáhrifum: Þegar tvær leiðandi fylliefnisagnir eru færðar innan nokkurra nanómetra frá hvor annarri, jafnvel án beina snertingar, hafa rafeindir líkur á að fara yfir einangrandi fjölliða hindrunina á milli og ná stökki. Þetta þýðir að net sem er líkamlega aftengt gæti þegar verið hitatengt fyrirfram. Þar af leiðandi er mikilvæga fyllingarhlutfallið fyrir þessi fylliefni til að mynda skilvirkt hitaleiðandi net yfirleitt lágt.
Hljóðleiðandi fylliefni (td keramikfylliefni eins og súrál, kísilnítríð og kolefnisefni eins og kolefni nanórör, grafín)
Þessi fylliefni treysta á fonón (grindar titring) fyrir hitaflutning. Meðallaus leið hljóðnema í röskuðu fjölliðafylki er afar stutt. Þegar hljóðnemar ferðast á milli mjög skipaðs kristallaðs fylliefnis og röskuðu fylkisins, eða yfir örsmá eyður á milli fylliefna, kemur fram alvarlegt ósamræmi og dreifingu á fónónum. Til að koma á skilvirkum phonon-ferlum verða fylliefni að mynda þétta, næstum fullkomna líkamlega snertingu til að lágmarka hitaþol milliflata. Þessi strönga krafa leiðir venjulega til hærra mikilvægra fyllingarhluta. Ennfremur, jafnvel meðal fylliefna með sama hitaflutningsbúnað, getur innri hitaleiðni fylliefnisins haft áhrif á mikilvæga fyllingarhlutfallið. Fylliefni með mikla varmaleiðni eru í eðli sínu mjög dugleg við varmaflutning, sem gerir það kleift að flytja varma auðveldlega í gegnum ófullkomin, 初步 tengd „hálf-net“, og sjá þannig umtalsvert stökk í hitauppstreymi við lægri áfyllingarmagn. Aftur á móti eru fylliefni með lægri hitaleiðni varmalega minna skilvirk og krefjast fullkomnara varmaleiðandi net til að auðvelda varmaflæði meðfram því, þess vegna er mikilvægur fyllingarhlutfall þeirra einnig lægra.
2. Formgerð fylliefnis
Formgerð ákvarðar snertivirkni milli fylliefna og hámarks pakkningaþéttleika og hefur þar með áhrif á mikilvæga fyllingarhlutinn. Byggt á rúmfræðilegum eiginleikum er aðallega hægt að flokka hitaleiðandi fylliefni sem:
Kúlulaga fylliefni
Kosturinn við kúlulaga fylliefni liggur í auðveldri dreifingu og góðu flæði. Hins vegar, vegna rúmfræðilegrar samhverfu, geta þeir aðeins myndað net með punktsnertingu, sem leiðir til minni hitaflutningsskilvirkni milli agna. Tiltölulega hátt áfyllingarhlutfall er nauðsynlegt til að ná skilvirkri tengingu. Til dæmis þarf fyllingarhlutfallið fyrir kúlulaga súrál venjulega að ná um 40% til 50% til að auka varmaleiðni verulega.
Anisotropic fylliefni (Platu-lík/trefja)
Plötu-eins og fylliefni eins og sexhyrnt bórnítríð (h-BN) og grafen, eða trefjafylliefni eins og kolefni nanórör (CNT), koltrefjar og álnítríð hálshögg, hafa há stærðarhlutföll eða hlutföll lengdar-til-þvermáls. Þær hafa miklar líkur á að þær tengist innbyrðis, sérstaklega þegar þær eru beint í ákveðna átt, og mynda sígandi net í gegnum „brúar“ áhrif við mjög lágt fyllingarhlutfall. Hins vegar er erfiðara að dreifa þessum tegundum fylliefna og hætta á að flækjast eða þéttast.
Óregluleg fylliefni
Þessi fylliefni sýna sterka vélrænni samlæsingu, sem leiðir til meiri viðnáms og mikillar seigjuaukningar við lægri fyllingarhluta. Hins vegar gætu óregluleg lögun þeirra aukið snertipunkta milli fylliefna að einhverju leyti. Mikilvægt fyllingarhlutfall þeirra fellur venjulega á milli kúlulaga fylliefna og plötulíkra/trefjafylliefna. Það er augljóst að í verklegri verkfræði á eitt-formfræðilegt fylliefni oft í erfiðleikum með að koma jafnvægi á háa hitaleiðni, auðvelda vinnslu og heildarafköst. Þess vegna verður fjöl-fylliefnablöndun í fjölbreytileika mikilvæg stefna. Til dæmis, með því að sameina plötu-eins, trefja- og kúlulaga fylliefni getur það nýtt kosti þeirra til að smíða fjöl-varmaleiðandi netkerfi, sem ná fram "punkt-línu" og "punkta-plana" samlegðaráhrifum, sem leiðir til heildarafkasta mun betri en eins{10}}fyllingarkerfi.
3. Fylliefni kornastærð og dreifing
Hitaleiðnileiðin við hvern snertipunkt á milli stórra fylliefnisagna er beinari, dregur úr fónóndreifingu og auðveldar hitaflutning. Þeir geta samtengt til að mynda samfelldar varmaleiðandi rásir við lægra fyllingarmagn. Hins vegar, vegna þess að snertipunktar milli stórra agna eru tiltölulega fáir og millirýmin eru stór, er hitaleiðandi netið sem myndast tiltölulega einfalt og nær hitaleiðnimörkum við tiltölulega lágt fyllingarhlutfall. Hins vegar hafa litlar agnir stórt tiltekið yfirborð og stærra snertiflötur milli agna, en fónóndreifing er einnig alvarlegri. Þeir þurfa meira fyllingarmagn til að mynda skilvirkt varmaleiðandi net, sem leiðir til hærra mikilvægra fyllingarhluta. Í hagnýtri notkun er algengt að blanda fylliefni af mismunandi stærðum (td með því að nota stórar agnir til að mynda beinagrindina og miðlungs/litlar agnir til að fylla upp í tómarúm) vísindalega. Þessi aðferð hagræðir verulega það mikilvæga fyllingarhlutfall sem þarf til að mynda samfellda varmaleiðandi brautir og eykur endanlega hitaleiðni. Almennt gerir breið stærðardreifing kleift að smíða varmaleiðandi beinagrind með ríkari leiðum með því að nota lágmarks heildarmagn fylliefna. Hins vegar er mikilvægt að hafa í huga að of víðtæk dreifing gæti komið með mjög stórar agnir, haft áhrif á vinnsluafköst eða valdið staðbundinni streitustyrk. Hagræðing varmaleiðandi netsins með því að breyta stórum og litlum kornastærðum.
4. Eiginleikar Filleryfirborðs
Jafnvel þótt líkamlegt varmaleiðandi net myndast, getur léleg tenging milli fylliefnisins og plastefnisins auðveldlega leitt til þéttingar fylliefnis. Þar að auki mætir hiti verulega viðnám (mikið phonon mismatch) við viðmótið. Þetta krefst meira magns af fylliefni til að koma á skilvirkum hitaleiðum, sem leiðir til hærra mikilvægra fyllingarhluta. Breyting á yfirborði fylliefnisins með því að nota tengiefni eins og sílan getur aukið tengingu milliflata, dregið úr varmaviðnámi milliflata og gert hinu myndaða varmaleiðandi neti kleift að virka á skilvirkan hátt. Þetta bætir í raun varmaleiðni við sama fyllingarhlutfall á sama tíma og það dregur úr seigju kerfisins og bætir vinnsluhæfni. Hins vegar gæti óhófleg breyting hindrað fylliefni-snertingu við fylliefni, sem þversagnarkennt eykur mikilvæga fyllingarhlutfallið.
