Á sviði hitastjórnunar er "varmaleiðni" eflaust sú færibreyta sem oftast er nefnd og auðveldast að ýkja. Þegar efni hefur verið merkt „há hitaleiðni,“ er oft gert ráð fyrir að það hafi framúrskarandi hitaleiðnigetu sjálfgefið. Hins vegar, í raunverulegum-verkfræðiforritum er staðan mun flóknari.
Fyrst og fremst verður að skýra grundvallarhugtak: varmaleiðni er megineiginleiki efnisins, en hitaleiðni er kerfis-mörk. Varmaleiðni lýsir því hversu hratt varmi flyst innan efnisins sjálfs, en varmaleiðni veltur á því hvort hægt sé að fjarlægja varma á áhrifaríkan hátt af yfirborði efnisins og hleypa út í umhverfið í kring. Jafnvel þótt efni státi af einstakri hitaleiðni, ef ekki er hægt að reka hita sem nær yfirborði þess strax yfir mörkin, verður lokaniðurstaðan samtímis hitahækkun bæði í efninu og öllu kerfinu.
Einmitt af þessari ástæðu þýðir „hröð hitaleiðsla“ í mörgum notkunaratburðarás oft bara að hitastigsjafnvægi næst hraðar-en það þýðir ekki endilega lægra kerfishitastig. Til að skilja raunverulega verkfræðilegt gildi hitauppstreymisefnis verður að borga eftirtekt til nokkurra mikilvægra vísbendinga til viðbótar.
01 Sérstök varmageta og hitadreifing
Hvort efni er hentugur fyrir hitaleiðni ræðst ekki af varmaleiðni eingöngu; sérvarmageta og hitadreifing eru jafn mikilvægir þættir sem ekki er hægt að horfa framhjá.
Sérstök varmageta vísar til þess varmamagns sem þarf til að hækka hitastig massaeiningar efnisins um 1 gráðu. Efni með lága sérvarmagetu upplifa hraða hitahækkun þegar þeir gleypa lítið magn af hita og skortir getu til að "geyma hita og hitastig stuðpúða hækkar." Aftur á móti, fyrir hitagjafa með hléum sem fela í sér upphafs-stöðvunarlotur, púls eða sveiflur á álagi, geta efni með mikla sérvarmagetu oft þjónað sem áhrifaríkara „varmabuffargeymi“.
Varmadreifing er alhliða vísir sem lýsir getu efnis til að ná einsleitni hitastigs við hitunar- eða kælingarferli. Það endurspeglar í raun hraðann sem hitinn dreifist í gegnum efnið. Varmadreifing ræðst af varmaleiðni, þéttleika og sérvarmagetu, gefið upp sem:
Varmadreifni=Varmaleiðni / (þéttleiki × tiltekinn varmastyrkur) , með einingum m²/s.
Í samanburði við varmaleiðni eingöngu, hefur varmadreifni meiri verkfræðilega þýðingu þegar lýst er tímabundinni hitaleiðni. Hærri hitadreifing þýðir að efnið getur bæði leitt varma hraðar og forðast skarpa staðbundna hitastig vegna orkusöfnunar.
Til dæmis, kopar og CVD demantsfilmur sýna klassíska andstæðu. Kopar hefur hitaleiðni sem er um það bil 400 W/m·K, miðlungs sérstakur varmageta og tiltölulega hár þéttleiki. CVD demantarfilma getur farið yfir 1000 W/m·K í hitaleiðni en hefur lægri sérvarmagetu og minni þéttleika. Í ákveðnum skammvinnum, háum-hita-flæðisnotkun, getur demantfilma-með afar mikilli hitadreifingu- bælt myndun heitra punkta hraðar. Hins vegar, í atburðarásum sem krefjast ákveðinnar varmageymslugetu, getur heildarhitageta hans samt verið stutt miðað við fyrirferðarmeiri koparblokk.
02 Anisotropic varmaleiðni
Næst skaltu íhuga grafít, grafen og gjóskugrafít-efni sem hafa vakið mikla athygli á undanförnum árum. Þessi efni sýna venjulega sterka anisotropic varmaleiðni eiginleika: hitaleiðni þeirra í -plani getur náð allt að 1500–2000 W/m·K, en hitaleiðni í gegnum -þykkt mælist oft aðeins 5–20 W/m·K.
Ef varmaflæðisstefnan er ekki í takt við ríkjandi varmaás efnisins, er hægt að ógilda svo-"ofur-há hitaleiðni" nánast beint. Í hagnýtri efnishönnun og tilbúningi byggir stjórn á stefnu fylliefnis oft á ytri sviðsframköllun eða sérstaka vinnslutækni. Til dæmis, með því að nýta mun á segulmagnaðir eða rafeiginleikar fylliefna, getur notað segul- eða rafsvið framkallað stefnumótun lamellarbygginga til að búa til -háhraða lóðrétta varmabrautir. Að öðrum kosti, meðan á ferlum eins og blaðhúðun, útpressunarmótun eða trefjaflutningur stendur, geta klippukraftar stuðlað að láréttri röðun flögna meðfram flæðisstefnunni. Aðeins með nákvæmri stefnustýringu er hægt að beina flutningi hljóðnema á skilvirkan hátt meðfram aðal varmaásnum, og þannig umbreyta anisotropic kostum efnis í skynjanlega hitaleiðni í lokaafurðum.
03 Aðrir mikilvægir þættir á kerfisstigi
Þegar hiti nær loksins „síðasta skrefi dreifingar“ eru innri eiginleikar efnisins ekki lengur einu sögupersónurnar. Yfirborðsgeislun, formgerð yfirborðs og tilvist skilvirkra varmaskilyrða hafa öll veruleg áhrif á endanlega hitaleiðni.
Tökum ál sem dæmi: sama undirlagsefnið getur sýnt mjög mismunandi hitaleiðni eftir yfirborðsástandi þess. Í náttúrulegu varma- eða lofttæmiumhverfi hefur spegil-fágað ályfirborð afar lágt útgeislun, sem hindrar geislunarhitaleiðni. Aftur á móti, eftir rafskaut, lagningu eða grófun yfirborðs, er hægt að auka útgeislun ályfirborðsins verulega og þar með bæta geislunarkælingu verulega.
Ennfremur er vandamál sem oft er gleymt í verkfræði: mörg hitaviðmótsefni (TIM) þjóna í raun sem tengihluti innan kerfis. Algengar vörur eins og varmafeiti, bilpúðar og fasa-breytiefni fá ekki eingöngu gildi sitt vegna varmaleiðni þeirra. Meira afgerandi, gildi þeirra liggur í getu þeirra til að útrýma loftbilum stöðugt og áreiðanlega og draga úr snertihitaviðnámi til lengri tíma litið.
Í raunverulegum kerfum-heimsins getur varmaviðnám milliflata verið 30% til 70% af heildarhitaviðnáminu-áhrif þess geta jafnvel vegið þyngra en munur á hitaleiðni efnisins sem um ræðir. Í þessu samhengi eru seigjueiginleikar efnisins sérstaklega mikilvægir. Þættir eins og þjöppunaraflögunargeta, álagsslökunareiginleikar og langtíma skriðhegðun hafa allir bein áhrif á þjónustustöðugleika og áreiðanleika efnisins við viðvarandi vélrænan þrýsting.