الیکٹرانک آلات، نئی توانائی کی گاڑیاں، اور LED لائٹنگ جیسے ہائی-ٹیک فیلڈز میں، موثر گرمی کی کھپت کا مواد اہم ہے۔ روایتی پولیمر عام طور پر خراب تھرمل چالکتا کا مظاہرہ کرتے ہیں، جو کہ اعلی-بجلی والے آلات کی گرمی کی کھپت کی ضروریات کو پورا کرنے میں ناکام رہتے ہیں۔ اس سے نمٹنے کے لیے، محققین پولیمر میں ہائی-تھرمل-کنڈکٹیوٹی فلرز کو شامل کرتے ہیں۔ بوران نائٹرائڈ (BN) نے اپنی بہترین تھرمل چالکتا، برقی موصلیت، اور کیمیائی استحکام کی وجہ سے بہت زیادہ توجہ مبذول کی ہے۔ تاہم، اکیلے BN فلرز کا استعمال اکثر مسلسل اور موثر تھرمل ترسیل کے راستے بنانا مشکل بنا دیتا ہے۔ لہذا، دانستہ ڈیزائن اور ضابطے کے ذریعے، دو پہلوؤں سے شروع ہو کر - "ملٹی-ڈمینشنل فلر سنرجی" اور "تھری-ڈمینشنل نیٹ ورک کنسٹرکشن" - ایک موثر تھرمل کنڈکشن نیٹ ورک کو نسبتاً کم فلر لوڈنگ پر بنایا جا سکتا ہے، جس سے ہائی-تھرمل کنڈکٹیوٹی{12} پیدا ہوتی ہے۔
I. بوران نائٹرائڈ اور ملٹی-ڈمینشنل فلر کمپاؤنڈنگ
ایک ہی BN فلر کے لیے، ایک ہی ساخت اور سائز پولیمر میں خلا پیدا کرنے کا رجحان رکھتے ہیں، اور ہوا کی خراب تھرمل چالکتا مواد کی تھرمل کارکردگی میں بہتری کو محدود کرتی ہے۔ ہائبرڈ فلرز کا استعمال درج ذیل اہم فوائد پیش کرتا ہے:
① مختلف شکلوں کے فلرز کے درمیان ہم آہنگی کا اثر پولیمر کی اچھی مکینیکل اور پروسیسنگ خصوصیات کو برقرار رکھتے ہوئے کم فلنگ پر اعلی تھرمل چالکتا حاصل کرتا ہے۔
② فلرز مواد کو دیگر افعال بھی فراہم کر سکتے ہیں، جیسے کہ شعلہ ریٹارڈنسی اور ہائیڈرو فوبیسٹی۔
01 BN زیرو-جہتی فلرز کے ساتھ: "پوائنٹ – پلین" کا مجموعہ
زیرو-جہتی فلرز دانے دار ہیں۔ ٹو H-BN کے ساتھ ہائبرڈائزڈ عام صفر-جہتی تھرمل کنڈکٹیو فلرز میں سلی کون کاربائیڈ پارٹیکلز (SiC)، سلور نینو پارٹیکلز (AgNPs)، ایلومینا پارٹیکلز (Al₂O₃)، اور سلیکا پارٹیکلز (SiO₂) شامل ہیں۔
02 BN ایک جہتی فلرز کے ساتھ: "لائن – پلین" کا مجموعہ
ایک-جہتی فلرز میں نلی نما یا لکیری ڈھانچے ہوتے ہیں۔ BN اور ایک-جہتی تھرمل کنڈکٹیو فلرز ایک "لائن – پلین" انداز میں یکجا ہوتے ہیں، جو پولیمر میٹرکس اور h-BN کو جوڑنے والے "پل" کے طور پر کام کرتے ہیں، اندرونی تھرمل کنڈکشن نیٹ ورک کو کثافت بناتے ہیں، انٹرفیشل تھرمل مزاحمت کو کم کرتے ہیں، اور حرارت کی منتقلی کی کارکردگی کو بہتر بناتے ہیں۔ H-BN کے ساتھ ہائبرڈائزڈ عام ایک-جہتی تھرمل کنڈکٹیو فلرز میں کاربن نانوٹوبس (CNT)، سیلیکون کاربائیڈ نانوائرز (SiCNW)، سلور نانوائرز (AgNW)، ارامیڈ نانوفائبرز (ANF)، اور کاربن فائبرز (CF) شامل ہیں۔
03 BN دو جہتی فلرز کے ساتھ: "طیارے–ہوائی جہاز" کا مجموعہ
دو-جہتی مواد میں فلیک-کی ساخت ہوتی ہے۔ دو جہتی فلرز کے ساتھ مرکب BN پر تحقیق بنیادی طور پر گرافین آکسائڈ (GO) پر مرکوز ہے۔ یہ دونوں قریبی انٹرفیشل بانڈنگ، اچھی فونون سپیکٹرم مماثلت، اور کم انٹرفیشل تھرمل مزاحمت کو ظاہر کرتے ہیں، جو ہم آہنگی سے ہوائی جہاز کی تھرمل چالکتا کو بڑھاتے ہیں۔ فلرز کی گھنی پیکنگ-ہوائی جہاز میں اور ہوائی جہاز کے ذریعے-حرارت کی منتقلی دونوں کو بہتر بناتی ہے، آہستہ آہستہ تھرمل کنڈکشن اینسوٹروپی کو ختم کرتی ہے۔
04 ملٹی-جزو تھرمل طور پر کنڈکٹیو فلرز
متعدد قسم کے تھرمل کنڈکٹیو فلرز کے ساتھ h-BN کو ہائبرڈائز کرنا ایک ریسرچ ہاٹ اسپاٹ بن گیا ہے۔ تھرمل کنڈکٹیو فلرز کی مختلف قسموں میں اضافہ زیادہ پیچیدہ تھرمل ترسیل کے راستے بناتا ہے، تیز حرارت کی منتقلی کو فروغ دیتا ہے، اور مواد کو متعدد افعال فراہم کر سکتا ہے، جیسے کہ شعلہ ریٹارڈنسی اور ہائیڈرو فوبیسٹی۔ تاہم، جیسے جیسے تھرمل کنڈکٹیو فلرز کی اقسام میں اضافہ ہوتا ہے، فلر فن تعمیر میں غیر یقینی صورتحال بھی بڑھ جاتی ہے۔
II تین جہتی تھرمل کنڈکشن نیٹ ورکس کی تعمیر
اگرچہ مختلف ذرات کے سائز اور شکلوں کے جامع فلرز مواد کے اندر تھرمل ترسیل کے راستوں کی تشکیل کو مؤثر طریقے سے فروغ دے سکتے ہیں، فلرز کا تعارف انٹرفیشل تھرمل مزاحمت میں اضافہ کا باعث بنتا ہے۔ 3D تھرمل کنڈکشن نیٹ ورک کی تعمیر نہ صرف فلرز اور میٹرکس کے درمیان رابطے کے علاقے کو کم کرتی ہے اور انٹرفیشل تھرمل مزاحمت کو کم کرتی ہے بلکہ ایک مسلسل اور مستحکم تھرمل کنڈکشن نیٹ ورک بھی قائم کرتا ہے، کم فلر لوڈنگ پر کمپوزٹ کی تھرمل چالکتا کو مؤثر طریقے سے بہتر بناتا ہے۔ فی الحال، تھرمل کنڈکشن نیٹ ورکس کی تعمیر کے لیے چار اہم طریقے ہیں:
01 ٹیمپلیٹ کا طریقہ: ساختی طور پر قابل کنٹرول، کام کرنے میں آسان
کمپوزٹ میں تین جہتی ڈھانچے کی تعمیر کے لیے ٹیمپلیٹ کا طریقہ بڑے پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے۔ اس کے فوائد میں نیٹ ورک کے ڈھانچے پر قطعی کنٹرول، مختلف فلرز اور میٹرکس کے لیے قابل اطلاق، اور سادہ آپریشن شامل ہیں۔ تاہم، یہ فلر مواد کو بہت زیادہ نہیں بڑھا سکتا۔
آئس ٹیمپلیٹ کا طریقہ: آبی محلول کے دشاتمک منجمد کرنے کا استعمال کرتا ہے، جہاں برف کے کرسٹل مخصوص سمتوں میں بڑھتے ہیں، 3D تھرمل ترسیل کے نیٹ ورک کی تعمیر کے لیے۔ یہ اس کی سادگی اور آپریشن میں آسانی کی وجہ سے بڑے پیمانے پر لاگو ہوتا ہے۔
فوم ٹیمپلیٹ کا طریقہ: فوم کو ایک سادہ ٹیمپلیٹ کے طور پر استعمال کرتا ہے، جس میں ہائی-تھرمل-کنڈکٹیوٹی فلرز کو اہم جزو کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ امپریگنیشن تکنیک مائع پولیمر کو پہلے سے تشکیل شدہ منفی-پریشر تھری-نیٹ ورک ڈھانچے میں گھساتی ہے۔ مکینیکل کمپریشن تھرمل کنڈکشن نیٹ ورک کو کثافت اور سیدھ میں لاتا ہے، جس سے ملٹی فنکشنل ایپلی کیشنز کے لیے اعلی-کارکردگی تھرمل طور پر کنڈکٹیو کمپوزٹ تیار ہوتی ہے۔
قربانی کے سانچے کا طریقہ: تین جہتی باہم مربوط تھرمل کنڈکشن نیٹ ورک بنانے کے لیے ابتدائی ٹیمپلیٹ کو ہٹاتا ہے۔ متعدد مطالعات میں نمک اور پانی-حل پذیر چینی کو قربانی کے سانچوں کے طور پر استعمال کیا گیا ہے تاکہ تھرمل طور پر کنڈکٹیو کمپوزٹ میں 3D نیٹ ورک ڈھانچہ تیار کیا جا سکے۔
02 خود-اسمبلی کا طریقہ
ایک تکنیک جہاں بنیادی ساختی اکائیاں (مالیکیولز، نینو میٹریلز، مائکرون- یا بڑے-پیمانے کے مادے) غیر-کوولنٹ تعاملات کے ذریعے بے ساختہ ترتیب شدہ ڈھانچے بناتے ہیں۔ ٹیمپلیٹ کے طریقہ کار کے مقابلے میں، یہ آسان، لاگت میں کم ہے، اور فلر مواد کی اعلی اوپری حد کی اجازت دیتا ہے۔ تاہم، یہ بائنڈر یا انتہائی کنڈکٹیو فلرز متعارف کروا سکتا ہے، جو موصلیت کی کارکردگی کو متاثر کرتا ہے۔
03 گرم-دبانے کا طریقہ
اورینٹڈ 3D نیٹ ورک ڈھانچہ بنانے کے لیے حرارتی اور دبانے کا استعمال کرتا ہے، جو تھرمل چالکتا اور مکینیکل طاقت کو مؤثر طریقے سے بڑھا سکتا ہے۔ یہ عام طور پر مکینیکل مداخلت کے ذریعے حاصل کیا جاتا ہے۔ گرم-دبانے کے عمل کے پیرامیٹرز انتہائی ٹیون ایبل ہیں، اورینٹیشن کنٹرول کو فعال کرتے ہیں، اور یہ اندرونی ساختی استحکام کو مضبوط بناتے ہوئے مادی نظاموں کی ایک وسیع رینج پر لاگو ہوتا ہے۔
04 3D پرنٹنگ کا طریقہ
ایک مولڈ-مفت براہ راست تحریری ٹکنالوجی جس کی خصوصیت اعلی ڈیزائن کی آزادی، کم قیمت، اور تیز رفتار پروسیسنگ ہے۔ اس عمل کے دوران، پگھلنے کا اخراج اور قینچ کا بہاؤ پولیمر میٹرکس میں BNNSs کی اعلی واقفیت پیدا کرتا ہے، جس کے نتیجے میں بہتر مکینیکل طاقت اور تھرمل چالکتا میں اضافہ ہوتا ہے۔ یہ ٹیکنالوجی وسیع پیمانے پر تحقیق اور صنعتی مینوفیکچرنگ دونوں میں استعمال ہوتی ہے۔
05 دیگر تعمیراتی طریقے
جدید 3D نیٹ ورک کی تعمیر کی تکنیک (مثال کے طور پر، الیکٹرو اسپننگ، میکانی کیمیکل طریقے) دیگر خصوصیات جیسے میکینیکل اور برقی کارکردگی کو بہتر بناتے ہوئے تھرمل چالکتا کو نمایاں طور پر بڑھا سکتے ہیں۔ تاہم، ان طریقوں کی تاثیر مختلف ہوتی ہے، اور انہیں محدودیتوں کا سامنا کرنا پڑتا ہے جیسے استعداد کی کمی یا تجرباتی حالات کا مطالبہ۔