Browsing by Author "鄭嘉"

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    奈米碳材/陶瓷顆粒複合散熱材料應用於電子元件的開發與研究
    (2024) 鄭嘉; Cheng, Chia
    隨著AI伺服器、5G通訊和高功率晶片的發展，其運作時所產生的廢熱越來越多，散熱方面的熱管理(Thermal management)問題已成為重要的議題。電子元件是透過熱傳導、熱對流和熱輻射三種方式進行散熱，在元件追求輕薄短小的趨勢下，無風扇的散熱系統已經逐漸受到重視，在沒有風扇的主動散熱狀況下，依靠熱傳導的熱界面材料和熱輻射的散熱塗料就變得非常重要。本研究主要是以CO2超臨界剝離法製備石墨烯薄片(Graphene flakes, GNFs)，並利用大氣電漿改質技術對奈米碳材(GNFs、多壁奈米碳管(MWCNTs))和球型氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)顆粒等填充物進行改質，在填料表面嫁接上官能基，使填料與膠體基質之間結合的更緊密，進行熱界面材料(Thermal interface material, TIM)以及散熱塗料(Heat dissipation coating)的開發。　　熱界面材料的研究是利用大氣電漿改質後的奈米碳材和球型AlN顆粒，混摻至市售導熱膏(Base-TIM)製備出複合奈米碳材熱界面材料(HA-TIM)以提升導熱性能。此HA-TIM以不同比例之AlN、GNFs以及MWCNTs作為填充物，期望以複合材料的方式在導熱膠材內部建立協同效應，進而使所製備的HA-TIM能有更好的熱傳導效果。最後，將熱界面材料應用於散熱設備上，以模擬CPU運作時的散熱狀況。實驗結果顯示以1 wt% GNFs以及1 wt% MWCNTs添加於Base-TIM中所製備出的HA-TIM具最佳的散熱性能。在50 W、100 W和150 W的加熱功率下，HA-TIM的降溫溫度比Base-TIM的降溫溫度分別更低了1.1 ℃、3.2 ℃和6.3 ℃，證實奈米碳材與球型AlN陶瓷顆粒的添加能夠提升降溫效果，使HA-TIM能夠實際應用於電子產品的散熱系統中。　　奈米碳材散熱塗料的研究是以水性環氧樹脂作為高分子基質，製備出兼具低揮發性、環保且具高散熱性能需求的散熱塗料。此塗料是利用奈米碳材和Al2O3顆粒作為填充物，亦添加0.05 wt%磺基琥珀酸1,4-二己酯鈉鹽(SDSS)與1 wt%四丁基氯化銨(PDDA)兩種混合的界面活性劑作為石墨烯懸浮液的分散劑，以提升奈米碳材在水性環氧樹脂中的分散性，期望充份分散的填充物能發揮協同效應而產生優越的散熱性能。實驗結果顯示以30 wt% Al2O3、2 wt% GNFs以及2 wt% MWCNTs添加於水性環氧樹脂中所製備出的散熱塗料，其熱輻射係數可達到0.96。在10 W的加熱功率下，無添加界面活性劑的奈米碳材散熱塗料可使銅基板降溫11.9 ℃，而有界面活性劑的奈米碳材散熱塗料則可降溫17.8 ℃，證實添加界面活性劑的塗料，可提升5.9 ℃的散熱效果。實際應用於15 W LED的散熱測試，則可以達到21.3 ℃的散熱表現。證實本研究開發之奈米碳材散熱塗料，能有效地應用於電子元件的散熱領域。