La conductividad térmica de la alúmina varía con la temperatura, y qué puede añadirse a la composición de la materia prima para aumentar la conductividad térmica

El óxido de aluminio, como importante material inorgánico no metálico, tiene una amplia gama de aplicaciones en campos como los envases electrónicos y los materiales de gestión térmica. Su conductividad térmica es uno de los factores clave que afectan a las propiedades de los materiales y a los efectos de las aplicaciones.

Variación de la conductividad térmica de la alúmina con la temperatura
La conductividad térmica de la alúmina está estrechamente relacionada con la temperatura. A temperaturas muy bajas, la contribución de la capacidad calorífica Cv a la conductividad térmica λ varía con Cv y T3. A medida que aumenta la temperatura, la conductividad térmica aumenta rápidamente. Sin embargo, a medida que la temperatura sigue aumentando, el camino libre medio disminuye, y la tasa de aumento de la conductividad térmica con el aumento de la temperatura se ralentiza, acercándose a un cierto valor alrededor de la temperatura de Debye θ d. Después, el camino libre medio se convierte en el principal factor que afecta a la conductividad térmica, lo que conduce a una rápida disminución de la conductividad térmica con el aumento de la temperatura. A bajas temperaturas (como 40K), la conductividad térmica alcanza un valor máximo; En regiones de alta temperatura (como 1600K), la conductividad térmica aumenta debido a la contribución de la conductividad térmica de los fotones.

Influencia de la composición de la materia prima en la conductividad térmica de la alúmina
Para mejorar la conductividad térmica de la alúmina, pueden añadirse componentes específicos de la materia prima.
He aquí algunos métodos eficaces:
Añadir agente conductor térmico:
Óxido de cobre: El óxido de cobre es un agente conductor térmico de uso común con mayor conductividad térmica que el óxido de aluminio. Mezclando uniformemente óxido de cobre y óxido de aluminio, se puede formar un material compuesto conductor térmico, mejorando así la conductividad térmica del óxido de aluminio.
Dióxido de silicio y nitruro de silicio: Estos materiales también pueden añadirse como agentes de conductividad térmica al óxido de aluminio para mejorar su conductividad térmica.
Tamaño de granularidad de control:
El tamaño de las partículas es uno de los factores clave que afectan a la conductividad térmica de la alúmina. En términos generales, cuanto menor es el tamaño de las partículas, mayor es la conductividad térmica de la alúmina. Por lo tanto, el óxido de aluminio puede ser procesado por molienda mecánica de bolas, dispersión ultrasónica y otros métodos para obtener tamaños de partícula más pequeños, mejorando así su conductividad térmica.
Mezclado y llenado con diferentes tamaños de partículas:
Mezclando y rellenando partículas de alúmina de diferentes tamaños, se puede formar una estructura de empaquetamiento más compacta, aumentando la cantidad de relleno y creando una buena vía de conductividad térmica. Este método ayuda a mejorar la conductividad térmica de los materiales compuestos.
Aumentar el contenido de la fase alfa:
La alúmina de fase alfa tiene una gran estabilidad y cristalinidad, lo que contribuye a mejorar la conductividad térmica del material. Por lo tanto, al seleccionar las materias primas de alúmina, debe darse prioridad a los productos con alto contenido de fase alfa.
Modificación de la superficie:
La polaridad superficial de la alúmina es fuerte, y su compatibilidad con la interfaz de la matriz de resina orgánica es escasa. El tratamiento de modificación de la superficie, como el tratamiento con agentes de acoplamiento, puede mejorar la adhesión interfacial entre la alúmina y la matriz polimérica, reducir el fenómeno de aglomeración y mejorar así la conductividad térmica de los materiales compuestos.

Consideraciones sobre las aplicaciones prácticas
En las aplicaciones prácticas, además de considerar la influencia de la composición de la materia prima en la conductividad térmica de la alúmina, conviene tener en cuenta los siguientes puntos:
Tipos de matriz polimérica: Las distintas matrices poliméricas tienen efectos diferentes sobre la compatibilidad y dispersabilidad del polvo conductor térmico de alúmina. Por lo tanto, a la hora de seleccionar una matriz polimérica, es necesario tener muy en cuenta su compatibilidad con la alúmina.
Contenido de alúmina: Aunque cuanto mayor sea el contenido de alúmina, mayor será la conductividad térmica del material compuesto, un contenido excesivo puede provocar una disminución de otras propiedades del material compuesto, como las propiedades mecánicas o eléctricas. Por lo tanto, es necesario determinar el contenido adecuado de alúmina en función de los escenarios y requisitos específicos de la aplicación.
Condiciones de procesamiento: Las condiciones de mezcla y procesamiento, como la velocidad de agitación, la temperatura y el tiempo, también pueden afectar a la dispersión de la alúmina en el polímero y al rendimiento del material compuesto final. Por lo tanto, es necesario controlar estrictamente las condiciones de procesamiento durante el proceso de preparación.

La conductividad térmica de la alúmina muestra un cierto patrón con los cambios de temperatura, y su conductividad térmica puede mejorarse añadiendo componentes específicos de la materia prima. En aplicaciones prácticas, es necesario considerar de forma exhaustiva factores como la composición de la materia prima, el tipo de matriz polimérica, el contenido de alúmina y las condiciones de procesamiento para preparar materiales conductores térmicos de alúmina de alto rendimiento.