Deterministic Manipulation of Heat Flow via Three-Dimensional-Printed Thermal Meta-Materials for Multiple Protection of Critical Components

材料科学 热导率 热传导 复合材料 传热 氮化硼 热撒布器 散热片 导电体 热阻 钻石 机械工程 热力学 物理 工程类
作者
Senyuan Yang,Yingfan Zhang,Zhou Sha,Zhengyong Huang,Haohuan Wang,Feipeng Wang,Jian Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (34): 39354-39363 被引量:101
标识
DOI:10.1021/acsami.2c09602
摘要

Heat dissipation is necessary for the safer operation of high-power electronic devices and high-capacity batteries. Thermal meta-materials can efficiently manipulate heat flow by molding natural materials into specific structures. In this study, we construct a three-dimensional-printed meta-material structure with efficient and deterministic heat conduction through combining the 2D boron nitride (BN) with nano-diamond (DM) bridging. A research of thermal conductivity and dielectric properties exhibits that the nanosized diamond-bridged and oriented 2D boron nitride endows efficient heat transfer and maintains low dielectric loss with low filler loading. The composites loaded with 19 wt% BN platelets and 1 wt% DM have the highest thermal conductivity of 3.687 W/(m·K) in the heat flow orientation, while the thermal conductivity is only 0.632 W/(m·K) in the vertical heading of heat flow. The thermal conductive networks with thermal meta-materials based on the structural characteristics have been designed to secure critical device components from the heat source and dissipate heat flow in a definite way. The infrared images show that the temperature difference of monitoring points in different directions on the BN-oriented composite substrate is 9 °C, which realizes the protection of the heat source and key components. This study shows the latent capacity of 3D-printed structured materials for critical device component protection and heat administration applications in electronic devices and electric equipment.
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