聚合物嵌入碳纤维的导热性

扫描热显微镜(SThM)允许以纳米分辨率测量局部温度或热导率,例如在应用在半导体器件或聚合物科学中。因此,在AFM悬臂尖端的顶点处放置了一个小的温度传感器,例如热电偶。在整个表面上对尖端进行扫描,以记录样品的形貌并同时记录与温度相关的材料特性。

对于许多应用而言,聚合物具有比金属材料的优势,因为重量较低、耐腐蚀性高且通常更容易加工,从而具有更大的设计自由度。然而,聚合物通常导热性差。碳纤维等添加剂被广泛用于为此类聚合物提供导热性。根据添加剂和制造工艺的不同,这些化合物内部的热传输可以是定向的,例如在平面内而不是通过平面,这有助于优化不同环境和应用中的热管理。导热化合物通常存在于 LED 灯具、温度传感器、航空航天和汽车冷却系统以及消费类电子产品中。

这里,我们使用扩展了AppNano VertiSense 热显微镜模块的Flex-Axiom系统,来反映嵌入聚合物树脂中的碳纤维的热导率。

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AFM topography of polymer-embedded carbon fibers.

将嵌入聚合物中的碳纤维切成几乎垂直于纤维轴的方向并进行抛光。纤维略微突出于聚合物基体。


thermal conductivity image

在CMM模式下,悬臂末端被激光加热,温度反映了下层基板的热导率:材料的热导率越高,悬臂末端的温度下降越多。

与周围的聚合物基体相比,碳纤维显然显示出更高的导热性。纤维上的某些区域也显示出低导热性。降低的热导率与形貌图像中的较高特征相匹配。这指向了可能是抛光过程中剩余聚合物的碎屑。


thermal conductivity mapped on topography

样品形貌的3D与导热特性叠加在一起。

使用AppNano VTP500悬臂以静态模式记录的AFM图像。使用Nanosurf报告软件处理图像。

碳纤维上热导率较低的斑点与形貌的高特征相关,随后被归因于抛光表面上的碎屑颗粒。

样品提供: Dr. Wölling, Fraunhofer ICT, 奥格斯堡,德国

Nanosurf 应用笔记 AN00973

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