Introducción
Las almohadillas de silicona se utilizan ampliamente como materiales de interfaz térmica (TIM) en la electrónica, los módulos de potencia y los sistemas de baterías. Su función principal es cubrir los huecos de aire entre los componentes que generan calor y los disipadores térmicos, al tiempo que compensan la rugosidad de la superficie y las tolerancias mecánicas. Además de la flexibilidad mecánica, la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica de la almohadilla es uno de los parámetros clave para evaluar su idoneidad en un diseño específico de gestión térmica.
Método y condiciones de medición
Para obtener valores significativos de Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica, especialmente a bajas temperaturas, la medición mediante LFA se complementa de forma ideal con la determinación de la Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica mediante DSC. La potente combinación de datos de LFA, DSC y DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad ofrece una visión global y fiable del comportamiento térmico del material.
Por lo tanto, la Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica se midió mediante análisis por destello láser (LFA) utilizando el NETZSCH LFA 717 HyperFlash® . La Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica (Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp) se determinó por separado mediante DSC utilizando el NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix®. Junto con la DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad de la muestra, la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica se calculó según la siguiente fórmula:
donde
λ = Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica en W/(m·K)
α = Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica en mm²/s
Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp = Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica en J/(g·K)
ρ = DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad en g/cm³
Las mediciones se llevaron a cabo en atmósfera de nitrógeno. Se utilizó la medición por DSC para determinar la Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica y las transiciones energéticas de la almohadilla de silicona. En total, se analizaron dos muestras y, para el cálculo de la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica, se tomaron los valores mediosde Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp.
La medición LFA proporcionó la Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica en función de la temperatura.
La tabla 1 muestra las condiciones de medición para el DSC y el LFA.
Tabla 1: Condiciones de medición para DSC y LFA
| Método | DSC | LFA |
|---|---|---|
| Instrumento | DSC 204 F1 Phoenix® | LFA 717 HyperFlash® |
| Atmósfera | Nitrógeno | Nitrógeno |
| Programa de temperatura | De -150 °C a 310 °C | De -100 °C a 300 °C |
| Velocidad de calentamiento | 10 K/min | 10 K/min |
| Masa de la muestra | Muestra 1: 11,205 mg; Muestra 2: 11,224 mg | - |
| Dimensiones de la muestra | Ø 4 mm, 1 mm de espesor | 20 mm x 20 mm x 0,8 mm |
| Sensor/termopar | DSC 204 F1 Sensor de temperatura, tipo E | MCT, tipo K |
Resultados
La medición por DSC muestra la Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica dependiente de la temperatura de la almohadilla de silicona entre -150 °C y 310 °C (Figura 1). A bajas temperaturas, se observa una transición vítrea a aproximadamente -121 °C. El cambio en la capacidad calorífica específica en la transición vítrea es de aproximadamente 0,09 J/(g·K). Se produce un pico EndotérmicoUna transición de muestra o una reacción es endotérmica si se necesita calor para la conversión.endotérmico pronunciado a aproximadamente -41 °C, que se atribuye a la transición de fusión de dominios cristalinos u ordenados relacionados con la silicona. La entalpía de fusión medida es de aproximadamente 23 J/g.
Los resultados muestran un aumento gradual dela Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp a medida que aumenta la temperatura, tal y como cabe esperar en los materiales poliméricos. El efecto EndotérmicoUna transición de muestra o una reacción es endotérmica si se necesita calor para la conversión.endotérmico en torno a los -41 °C no se utilizó directamente para el cálculo de la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica. En su lugar, se interpoló la curvade Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp a lo largo de esta región de transición con el fin de evitar incluir las contribuciones del calor latente en el cálculo de la conductividad.
La Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica de la almohadilla de silicona disminuye de forma continua a medida que aumenta la temperatura; véase la figura 2. A bajas temperaturas, en torno a los -100 °C, la difusividad es de aproximadamente 0,18 mm²/s. A temperatura ambiente, se observan valores en torno a 0,14 mm²/s. A 300 °C, la difusividad disminuye hasta aproximadamente 0,08 mm²/s.
Este comportamiento es típico de los materiales basados en polímeros. A medida que aumenta la temperatura, el transporte de fonones se vuelve menos eficiente debido al aumento de la movilidad molecular y a la intensificación de los procesos de dispersión. Como resultado, la Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica disminuye, aunque aumente la capacidad calorífica específica.
La Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica calculada se mantiene dentro de un rango relativamente estrecho en el intervalo de temperaturas estudiado. A bajas temperaturas, la conductividad es de aproximadamente 0,25 W/(m·K). A medida que aumenta la temperatura, la conductividad disminuye y alcanza valores de aproximadamente 0,17 W/(m·K) a 300 °C.
Conclusión
Este ejemplo demuestra que el sistema de análisis de Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica ( LFA 717 HyperFlash® ) proporciona datos fiables sobre la Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica en un amplio rango de temperaturas —incluidas condiciones criogénicas exigentes— gracias a su alta sensibilidad y a su preciso control de la temperatura, incluso con almohadillas de interfaz a base de silicona de reacción lenta. Especialmente en el rango de bajas temperaturas, la determinación complementaria de la capacidad calorífica específica mediante DSC resulta crucial, ya que solo la combinación de los datos de LFA, los valoresde cp y la DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad permite calcular de forma fiable la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica. Esta capacidad para ofrecer resultados fiables incluso por debajo de la temperatura ambiente supone una clara ventaja para el desarrollo de modernos TIM de silicona.