Beth Yw'r Manteision o Ddefnyddio Gwresogydd PTFE gyda Rhyngwyneb Thermol Gwell - Graffen?

Mewn gwresogydd trochi PTFE, mae'r wifren nichrome yn cael ei insiwleiddio o'r hylif gan y wain polymer ei hun, sy'n ynysydd thermol. Nid oes gan y gwres amser i wasgaru'n gyfartal ar hyd y wifren cyn iddo fynd drwy'r wal. Gellir lliniaru'r broblem trwy fewnosod haen denau o graffen, deunydd sy'n trosglwyddo gwres yn well na bron unrhyw beth arall, rhwng y coil a'r wain. Mae'r gwelliant dylunio newydd hwn, sef gwresogydd PTFE rhyngwyneb thermol graphene, yn datrys tagfa gudd o adeiladu gwresogydd confensiynol ac yn rhoi hwb perfformiad sylweddol.

Gwresogyddion PTFE safonol Dagfa thermol fewnol
Mewn gwresogydd PTFE traddodiadol mae'r coil gwifren gwrthiant naill ai wedi'i fewnosod yn uniongyrchol yn y PTFE neu wedi'i wahanu gan fwlch aer byr Mae aer yn ddargludydd thermol gwael (tua 0.026 W/m·K) a bydd bylchau microsgopig hyd yn oed yn achosi clytiau poeth lleol pan fydd tymheredd y wifren yn llawer uwch na'r cyfartaledd derbyniol. Gan fod gan PTFE ei hun ddargludedd thermol cyfyngedig (tua 0.25 W/m·K), nid yw gwres yn teithio'n rhwydd ar hyd wyneb mewnol y wain. Mae hyn yn arwain at y wifren yn rhedeg yn gynhesach nag y mae'n rhaid iddo gyda dwysedd wat penodol, gan gyflymu ocsidiad gwifren a heneiddio PTFE.

Sut mae Graphene yn Gwella Rhyngwyneb Thermol
Wrth adeiladu'r gwresogydd, mae'r coil gwifren gwrthiant mewnol wedi'i lapio â pad silicon tymheredd uchel hyblyg wedi'i lwytho â nanoplatedau graphene. Mae'r deunydd rhyngwyneb thermol gwell graphene (TIM) yn cael ei fewnosod rhwng y coil a wal fewnol y wain PTFE. Mae'r pad yn gwneud dau beth pwysig iawn:

Llenwi bylchau aer microsgopig Mae'r silicon sy'n cydymffurfio yn glynu wrth wyneb y wifren, gan gael gwared ar aer wedi'i ddal a dileu ymwrthedd cyswllt thermol.

Taenu gwres ochrol: Mae gan Graphene ddargludedd thermol awyren uchel iawn (hyd at 5000 W/mK) sy'n gallu cludo gwres yn ochrol ar hyd yr haen rhyngwyneb i ffwrdd o'r mannau poethaf ar y wifren.

Mae'r graphene yn gweithredu fel uwchffordd fach ar gyfer lluosogi gwres i graidd y gwresogydd. Mae mannau poeth yn cael eu creu gan wahaniaethau bach mewn traw gwifren neu ddwysedd wat lleol, ac mae'r mannau poeth hyn yn cael eu lledaenu'n gyflym dros ardal fwy o'r wal wain. Mae hyn yn arwain at broffil tymheredd llawer mwy homogenaidd o fewn.

Prif Fanteision Rhyngwyneb Thermol Graphene
1. Tymheredd Gwifrau Is ar Yr Un Dwysedd Watedd
Mae'r TIM yn darparu trosglwyddiad gwres mwy unffurf, felly ar gyfer mewnbwn pŵer penodol mae'r tymheredd uchaf ar y wifren nichrome yn llawer is. Mae'r wifren mewn oerach yn gweld llai o ocsidiad a straen beicio thermol. Mae hyn yn gwella bywyd y gwresogydd yn uniongyrchol - yn aml i ffactor o 1.5 i 2 waith dros - ddyluniadau bwlch aer traddodiadol.

2. Ôl Troed Llai, Dwysedd Watiau Uwch a Ganiateir
Mae'r gwresogydd yn cael ei redeg ar ddwysedd wat uwch ond gellir cynnal yr un tymheredd gwifren uchaf oherwydd dosbarthiad tymheredd mewnol mwy unffurf. Ar gyfer cymwysiadau heriol fel llinellau hylif cyrydol llif uchel neu osodiadau tanc cryno, gellir darparu gwresogydd PTFE rhyngwyneb thermol graphene â dwysedd wat uwch 15-25% heb fod yn fwy na therfyn tymheredd arwyneb 110 gradd y wain PTFE. Mae hyn yn caniatáu i wresogydd llai yn gorfforol gynnig yr un allbwn gwres, gan ryddhau ardal broses hanfodol.

3. Llai o Risg o Ddirywiad PTFE Lleol
Mewn gwresogyddion traddodiadol, gall mannau poeth ar y coil godi tymheredd wal y PTFE amgylchynol yn uwch na 110 gradd yn ystod cyfnod byr o amser hyd yn oed os yw'r wyneb gwain swmp yn oerach. Mae hyn yn y pen draw yn arwain at feddalwch lleol, ymgripiad neu gwymp dielectrig. Mae'r graphene TIM yn lledaenu'r gwres yn ochrol cyn iddo gyrraedd y PTFE, gan ddileu'r mannau poeth micro hyn. Mae'r polymer yn mynd trwy lwyth thermol mwy gwastad, gan ganiatáu i'w briodweddau mecanyddol a thrydanol gael eu cynnal am amser hirach.

Heriau ac Atebion Peirianneg
Y prif anhawster wrth wneud graphene-TIM gwell ar gyfer gwresogyddion PTFE yw bod angen i'r deunydd allu dioddef y tymereddau gweithredu mewnol uchel (yn agosáu at 200–250 gradd ar wyneb y wifren) a'r broses sintro PTFE a all fod mor uchel â 360–380 gradd . Mae angen gosod rhwymwr sefydlog tymheredd uchel yn lle'r matrics silicon fel fflworopolymer neu gyfansawdd polyimide na fydd yn dirywio yn ystod sintro.

Rhaid i'r TIM hefyd gael ei insiwleiddio'n drydanol er mwyn osgoi byrhau rhwng y troadau gwifren gwrthiant cyfagos neu rhwng y wifren ymwrthedd a'r wain wedi'i seilio. Mae graphene yn dargludo trydan, ond os ydych chi'n ei wasgaru ar grynodiadau isel (5 i 10 y cant pwysau fel arfer) mewn matrics polymer inswleiddio, nid ydych chi'n cwrdd â'r trothwy trylifiad ar gyfer dargludiad trydanol. Mae'r cyfansawdd canlyniadol gyda dargludedd thermol uchel yn cynnal cryfder dielectrig o dros 5 kV/mm.

Ceisiadau ar gyfer y dyfodol.
Mae rhyngwynebau gwell graphene yn cael eu mabwysiadu'n gynnar mewn diwydiannau lle mae amserau cyflym, crynoder ac amodau cemegol gelyniaethus yn bodloni:

Tybiau prosesu gwlyb lled-ddargludyddion gyda rheolaeth tymheredd cywir ac ychydig o arwynebedd llawr.

Adweithyddion fferyllol purdeb uchel lle mae ailosod y gwres yn ddrud ac yn cymryd llawer o amser.

Mae angen y cylchoedd gwres cyflym-i fyny ar gyfer llinellau electroplatio â dwysedd wat uchel.

Wrth i weithdrefnau cynhyrchu ar gyfer TIMs wedi'u llwytho â graphene aeddfedu, rhagwelir y bydd y premiwm cost yn lleihau, gan sicrhau bod y dechnoleg hon ar gael i ystod ehangach o gymwysiadau gwresogi diwydiannol.

Casgliad
Gall rhyngwyneb wedi'i atgyfnerthu â graphene ddatrys problem trosglwyddo gwres mewnol-gwasgariad anwastad o wres o'r wifren gwrthiant-i wneud gwresogydd PTFE yn gryfach, yn gyflymach ac yn fwy gwydn o'r tu mewn allan. Mae rhyngwyneb thermol graphene gwresogydd PTFE yn darparu gweithrediad gwifren oerach, gwell dwysedd wat a ganiateir mewn ôl troed llai a dirywiad PTFE lleoledig is. Y tu mewn i'r wain, mae dyfodol technoleg gwresogi yn cael ei adeiladu ar y nanoscale, lle mae gorchudd tenau o ddeunydd rhyfeddod yn newid categori cynnyrch sydd fel arall yn aeddfed yn dawel.