Värmeledande grafenfilm i termiska band och värmespridare för användning i radar och laser
Syfte och mål
Som en allmän trend fortsätter elektronik att bli alltmer kompakt, mer funktionell och kraftfullare. Detta innebär oftast högre effekter och leder till större värmeflöden och gör det svårt att hålla temperaturen optimal under drift. Projektets mål är att utveckla grafenfilmer för att balansera två positiva egenskaper; den höga termiska ledningsförmågan i två dimensioner (dvs. i planet) och den utmärkta flexibiliteten för ”straps” (rem/band) samt värmespridande plåtar för användning i radar och laser.
Det antas att grafenfilm kan ersätta delar av värmespridare och straps som består av koppar (Cu) och aluminium (Al), genom att ge dem högre värmeledningsförmåga och lägre vikt. Samtidigt har de grafenbaserade materialen samma mekaniska styrka som metaller. Viktiga fördelar med det nya grafenmaterialet är europeisk tillverknings- och försörjningskedja, lättare upphandling, ökad konkurrenskraft på den befintliga marknaden och förbättrad tillgång till nya marknader.
I detta FoI-projekt samarbetar Saab AB, Smart High-Tech AB (SHT) och Chalmers tekniska högskola. SHT är projektkoordinator och ska utveckla grafenfilmen med överlägsen termisk ledningsförmåga och flexibilitet för straps och värmespridning. Saab ansvarar för en bredare, teknisk marknadsundersökning om grafenfilm för kylning, en ”mock-up” och tillhandahåller en plattform för prototyptestning. Chalmers ska karakterisera grafenmaterialet för att förstå hur de fysikaliska och kemiska egenskaperna påverkar termisk och mekanisk prestanda. Tonvikten ligger på teknisk utveckling av grafenfilmprocessen, balansen mellan grafenfilmens goda termiska och mekaniska egenskaper, marknadsundersökning, projektspridning och nyttiggörande.
Resultat
Målet med projektet är att utveckla grafenfilmer för att balansera den höga värmeledningsförmågan i planet och utmärkt flexibilitet för termisk rem och värmespridningsplatta i radar- och laserapplikation.
Två typer av grafenfilmer har utvecklats: 1. Ett flexibelt termiskt band används för anslutning av två fasta komponenter; 2. Värmespridningsmaterial med relativt tjocka grafenfilmer. Effektiviteten för värmeavledning med användning av grafenband har ökat 15-35% jämfört med Cu- och Al-folier. Normalt är värmeband för Cu och Al stela och/eller tunga. Grafitbandet är sprött och inte så praktiskt att hantera. Det termiska grafenbandet visar istället mycket bättre flexibilitet och har stor potential för flexibel applicering.
Den tjockare grafenfilmen är möjlig att tillverka, och den termiska prestandan måste fortfarande förbättras. Mikrostrukturen hos grafenfilmen har karakteriserats genom metoderna XRD, SEM, TEM, Raman Spectroscopy. Värmeledningsförmågan utvärderas med laserblixten.
Alla partners har varit mycket involverade i projektet genom att ta sitt eget ansvar och interagerat med varandra för att få projektet att gå vidare. Genom att driva projektet har vi lärt oss mer om de grafenbaserade materialen, dess marknad och kommersiella tillstånd. Vi planerar att gräva mer för att förbättra själva materialet och göra det mer lämpligt för applicering på termiska band. Med samma partners kommer vi att gå vidare till nästa steg med introduktion av demonstrator och sätta upp hela systemet för att testa den termiska och mekaniska prestandan i en mer relevant miljö. Vissa praktiska frågor, som hur man industriellt monterar grafenark på termiska band, måste övervägas för kommersialisering. Tiden för att släppa grafenbaserade termiska band på marknaden beräknas till cirka tre år.
