O gel térmico tornou-se um material indispensável nos dispositivos eletrônicos modernos, desempenhando um papel crucial na dissipação de calor. Como fornecedor de gel térmico, encontro frequentemente clientes curiosos sobre a condutividade térmica do gel térmico. Neste blog, irei me aprofundar no conceito de condutividade térmica, seu significado no gel térmico e como isso impacta o desempenho de dispositivos eletrônicos.
Compreendendo a condutividade térmica
A condutividade térmica é uma propriedade fundamental dos materiais que descreve sua capacidade de conduzir calor. É definido como a quantidade de calor que passa através de uma unidade de área de um material em uma unidade de tempo sob um gradiente de temperatura unitário. Em termos mais simples, mede a facilidade com que o calor pode fluir através de um material. A unidade SI de condutividade térmica é watts por metro - kelvin (W/(m·K)).
Por exemplo, metais como cobre e alumínio têm altos valores de condutividade térmica. O cobre tem uma condutividade térmica de cerca de 400 W/(m·K), o que significa que pode transferir calor de forma muito eficiente. Por outro lado, materiais como madeira ou plástico têm uma condutividade térmica muito mais baixa, normalmente na faixa de 0,1 - 0,5 W/(m·K), tornando-os maus condutores de calor.
Condutividade Térmica do Gel Térmico
O gel térmico é um tipo de material de interface térmica (TIM) usado para preencher as lacunas microscópicas entre um componente gerador de calor (como uma CPU ou GPU) e um dissipador de calor. Ao fazer isso, melhora a eficiência da transferência de calor do componente para o dissipador de calor, reduzindo assim a temperatura operacional do dispositivo.
A condutividade térmica do gel térmico pode variar amplamente dependendo da sua composição e formulação. Geralmente, os géis térmicos têm valores de condutividade térmica que variam de 1 W/(m·K) a 10 W/(m·K). Alguns géis térmicos de alto desempenho podem até atingir valores de condutividade térmica acima de 10 W/(m·K).
Os principais fatores que afetam a condutividade térmica do gel térmico incluem:
Materiais de enchimento
A maioria dos géis térmicos contém materiais de enchimento termicamente condutores, como óxido de alumínio, nitreto de boro ou partículas de prata. Esses enchimentos aumentam a condutividade térmica do gel, fornecendo caminhos para o fluxo de calor. O tipo, tamanho e percentagem de carga dos materiais de enchimento têm um impacto significativo na condutividade térmica global do gel. Por exemplo, o nitreto de boro tem uma condutividade térmica relativamente alta e pode aumentar significativamente a capacidade de transferência de calor do gel térmico quando usado como enchimento.
Matriz Polimérica
A matriz polimérica do gel térmico também desempenha um papel na determinação de sua condutividade térmica. Os polímeros normalmente têm baixa condutividade térmica. Contudo, a escolha do polímero pode afetar a dispersão dos materiais de enchimento e as propriedades físicas gerais do gel. Polímeros à base de silicone são comumente usados em géis térmicos devido à sua boa flexibilidade, estabilidade química e baixas propriedades de liberação de gases.
Crosslinking e estado de cura
O processo de reticulação e o estado de cura do gel térmico podem influenciar sua condutividade térmica. Um gel bem reticulado pode fornecer melhor estabilidade mecânica e melhorar o contato entre as partículas de enchimento, levando a uma melhor transferência de calor.
Importância da Condutividade Térmica em Dispositivos Eletrônicos
Em dispositivos eletrônicos, o calor excessivo pode causar diversos problemas, incluindo desempenho reduzido, vida útil reduzida e até falha do dispositivo. Portanto, a dissipação eficiente de calor é crucial para manter a confiabilidade e o desempenho dos componentes eletrônicos.
Um gel térmico com alta condutividade térmica pode transferir efetivamente o calor do componente gerador de calor para o dissipador de calor. Isso ajuda a manter o componente dentro da faixa ideal de temperatura operacional. Por exemplo, em um laptop, a CPU gera uma grande quantidade de calor durante a operação. Se o gel térmico entre a CPU e o dissipador de calor tiver baixa condutividade térmica, o calor não será transferido de forma eficiente, fazendo com que a temperatura da CPU aumente. Isso pode levar ao afogamento térmico, onde a CPU reduz seu desempenho para evitar superaquecimento.
Aplicações de Gel Térmico com Diferentes Condutividades Térmicas
Géis térmicos de condutividade térmica baixa a média (1 - 5 W/(m·K))
Esses géis térmicos são adequados para aplicações onde a geração de calor é relativamente baixa. Eles são frequentemente usados em eletrônicos de consumo, como smartphones, tablets e iluminação LED. Nestes dispositivos, o consumo de energia e a produção de calor não são extremamente altos, portanto, um gel térmico com condutividade térmica moderada pode atender efetivamente aos requisitos de dissipação de calor.
Géis térmicos de alta condutividade térmica (5 - 10 W/(m·K) e superiores)
Géis térmicos de alta condutividade térmica são usados em dispositivos eletrônicos de alta potência, como servidores, computadores para jogos e amplificadores de potência. Esses dispositivos geram uma grande quantidade de calor, sendo necessário um gel térmico com alta condutividade térmica para garantir uma transferência de calor eficiente e evitar o superaquecimento.
Nossos produtos de gel térmico
Como fornecedor de gel térmico, oferecemos uma ampla gama de produtos de gel térmico com diferentes condutividades térmicas para atender às diversas necessidades de nossos clientes. NossoGel de massa de siliconeé uma escolha popular para muitas aplicações. Possui excelente flexibilidade e conformabilidade, permitindo preencher eficazmente as lacunas entre os componentes e os dissipadores de calor. A condutividade térmica do nosso Silicone Putty Gel pode ser adaptada de acordo com as necessidades específicas do cliente, variando de 2 W/(m·K) a 8 W/(m·K).
NossoGel condutor térmicoé outro produto de alto desempenho. É formulado com materiais de enchimento avançados para atingir altos valores de condutividade térmica. Este gel é adequado para dispositivos eletrônicos de alta potência onde a dissipação eficiente de calor é crítica.
Escolhendo o gel térmico certo
Ao escolher um gel térmico, é importante considerar os seguintes fatores:
Condutividade Térmica
Conforme discutido acima, a condutividade térmica do gel deve corresponder aos requisitos de dissipação de calor do dispositivo. Para aplicações de alta potência, recomenda-se um gel térmico com alta condutividade térmica.
Propriedades Físicas
As propriedades físicas do gel térmico, como viscosidade, dureza e flexibilidade, também são importantes. Um gel com a viscosidade certa pode ser facilmente aplicado, enquanto uma boa flexibilidade garante um bom contato entre o componente e o dissipador de calor.
Estabilidade Química
O gel térmico deve ser quimicamente estável para evitar degradação ao longo do tempo. Isto é especialmente importante em aplicações de longo prazo.
Custo
O custo é sempre levado em consideração em qualquer decisão de compra. É importante equilibrar os requisitos de desempenho com o custo do gel térmico.
Contate-nos para compras
Se você estiver interessado em nossos produtos de gel térmico ou tiver alguma dúvida sobre condutividade térmica e seleção de gel térmico, não hesite em nos contatar. Contamos com uma equipe de especialistas que podem lhe fornecer conselhos e soluções profissionais. Quer você seja um fabricante de eletrônicos de pequena escala ou um usuário industrial de grande escala, podemos atender às suas necessidades de gel térmico.
Referências
- Incropera, FP e DeWitt, DP (2002). Fundamentos de transferência de calor e massa. John Wiley e Filhos.
- Cahill, DG, Ford, WK, Goodson, KE, Mahan, GD, Majumdar, A., Maris, HJ,… e Phillpot, SR (2003). Transporte térmico em nanoescala. Jornal de Física Aplicada, 93(2), 793 - 818.
- Wang, X. e Zhao, Y. (2018). Materiais de interface térmica: perspectiva histórica, status e desafios futuros. Jornal de Materiais Eletrônicos, 47(10), 5435 - 5451.