Aluminum nitride and boron nitride based multifunctional micro/nano particles for thermal interface materials
Termal arayüz malzemeleri için alüminyum nitrür ve bor nitrür esaslı çok fonksiyonlu mikro/nano parçacıklar
- Tez No: 824486
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZGE BALCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 115
Özet
Bu tez, yüksek performanslı termal arayüz malzemeleri (TIM'ler) için ısıl iletken yapıştırıcılarda dolgu malzemeleri olarak nitrür bazlı mikro/nano parçacıkların gelişimini araştırmaktadır. Amaç, aşırı ısınmayı ve performans düşüşünü önlemek için elektronik cihazlarda (özellikle mikroelektronik, bilgisayarlar ve LED'lerde) verimli ısı dağılımını ve uzaklaştırılmasını kolaylaştırmaktır. Polimerlerin, uygun maliyeti, mükemmel elektrik yalıtımı ve mekanik özellikleri nedeniyle TIM'lerde matris malzemesi olarak seçilmesi yaygındır. Bununla birlikte, polimerler düşük ısıl iletkenliğe sahiptir, bu nedenle çalışma, elektrik yalıtımından ödün vermeden termal özellikleri geliştirmek için alüminyum nitrür (AlN) ve bor nitrür (BN) gibi inorganik dolgu maddelerini içerir. Araştırma, TIM'lerde kullanılmak üzere farklı boyut ve morfolojilere sahip AlN partiküllerini ve kompozitlerini sentezlemek için düşük maliyetli ve verimli yöntemlere odaklanmaktadır. Doplama işlemi, termal iletkenliklerini değerlendirmek için AlN, BN ve AlN bazlı kompozitlerin bir polidimetilsiloksan (PDMS) matrisine dahil edilmesini içerir. Nihai amaç, elektronik cihazlar için oldukça verimli ve uygun maliyetli termal yönetim malzemeleri oluşturmaktır. Çalışma, dolgu malzemelerinde boyut ve morfoloji kontrolünün önemini ve polimer matrisindeki ısıl iletken ağları geliştirmek için parçacık boyutlarının çok ölçekli dağılımına olan ihtiyacı vurgulamaktadır. Ek olarak, yüksek saflıkta numunelerin, istenen termal özellikleri elde etmek için gerekliliği vurgulanır. Farklı reaksiyon sistemleri ve parametrelerinin kullanımı sayesinde, homojen iğne benzeri ve küresel yapılar içeren nano boyutlu (100 nm, 300 – 500 nm, ≤500 nm) AlN parçacıkları ile heterojen küresel/eş eksenli nano ve mikron boyutlu (~1 µm) AlN çok fonksiyonlu parçacıklar sentezlenmiştir. Tozlardan üretilen sinterlenmiş numunelerde yüksek ısı iletkenliği ve yüksek elektrik direnci değerleri elde edilmiştir. Bu değerler sentezlenen yüksek saflıkta AlN-BN kompozit malzemede artmıştır. Farklı özelliklere sahip AlN partiküllerinin ve AlN-BN kompozit tozlarının katılmasıyla geliştirilen silikon yapıştırıcıların ısıl iletkenlik ve mekanik analizleri yapılmıştır. Mikro/nanoparçacıklar içeren heterojen morfolojiye sahip AlN parçacıklarının bir arada bulunmasıyla geliştirilen silikon yapıştırıcı, tüm AlN toz katkıları arasında en yüksek ısıl iletkenlik değerini (1,51 W/(m·K)) sergiledi. Yapıştırıcının ısıl iletkenlik değeri AlN-BN kompozit toz katkı kullanımında 2,97 W/(m·K) değerine ulaşmıştır. Ayrıca her iki numunede de kullanılan katkı maddelerinin yapıştırıcının viskoelastik özelliklerine herhangi bir etkisinin olmadığı, çip için ideal olan polimer özelliğinin korunduğu dinamik mekanik analizlerle kanıtlanmıştır. Sonuç olarak AlN ve AlN-BN partikül katkılı silikon yapıştırıcılar yüksek ısıl iletkenliğe ve ideal viskoelastik özelliklere sahip olmuştur: uygulama alanında yüksek performans gösterecek olan tezin hedef ürünleri başarıyla geliştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis explores the development of nitride-based micro/nano particles as filler materials in thermally conductive adhesives for high-performance thermal interface materials (TIMs). To prevent overheating and performance degradation, the goal is to facilitate efficient heat dissipation in electronic devices, particularly microelectronics, computers, and LEDs. Polymers are chosen as the matrix material in TIMs for their cost-effectiveness, excellent electrical insulation, and mechanical characteristics. However, polymers have low inherent thermal conductivity, so the study incorporates inorganic fillers like aluminum nitride (AlN) and boron nitride (BN) to enhance thermal properties without compromising electrical insulation. The research focuses on low-cost and efficient methods to synthesize AlN particles and composites with different sizes and morphologies for use in TIMs. The doping process involves incorporating AlN, BN, and AlN-based composites into a polydimethylsiloxane (PDMS) matrix to assess their thermal conductivity. The ultimate aim is to create highly efficient and cost-effective thermal management materials for electronic devices. The study emphasizes the importance of size and morphology control in filler materials and the need for multi-scale distribution of particle sizes to enhance thermally conductive networks in the polymer matrix. High purity samples are also highlighted as essential for achieving the desired thermal properties. Thanks to the use of different reaction systems and parameters, homogeneous needle-like and spheroidal structures with nano (100 nm, 300 – 500 nm, ≤500 nm) and heterogeneous spherical/equiaxial AlN multifunctional particles with nano and micron (~1 µm) sizes were synthesized. High thermal conductivity and high electrical resistance values were obtained in the sinter samples produced from powders. These values increased in the synthesized high purity AlN-BN composite material. The thermal conductivity and mechanical analyses of silicone adhesives developed by incorporating AlN particles with different properties and AlN-BN composite powders were performed. The silicone adhesive, designed to include AlN particles with heterogeneous morphology containing micro/nanoparticles together, exhibited the highest thermal conductivity value (1.51 W/(m·K)) among all AlN powder additives. On the other hand, the adhesive, incorporating the AlN-BN composite powder additive, achieved a thermal conductivity value of 2.97 W/(m·K), representing a significant improvement. In addition, it has been proven by dynamic mechanical analyses that the additives used in both samples had no effect on the viscoelastic properties of the adhesive, and the polymer property, which is ideal for chips, was preserved. As a result, AlN and AlN-BN particle added silicone adhesives had high thermal conductivity and ideal viscoelastic properties: The target products of the thesis, which will show high performance in the application area, have been successfully developed.
Benzer Tezler
- Polimer kompozit esaslı Li-ion batarya paketlerinin geliştirilmesi ve özelliklerinin araştırılması
Improvement of polymer composite based Li-ion battery packs and investigation of their properties
GÖRKEM YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Polimer Bilim ve TeknolojisiBursa Teknik ÜniversitesiLif ve Polimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MERAL AKKOYUN
- Farklı katkı malzemelerin çift bazlı sevk barutlarının özelliklerine etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of different additives on properties of the double based propellant
İSLAMİ ORUÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Savunma ve Savunma TeknolojileriKırıkkale ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞEGÜL ÜLKÜ METİN
- Kesici takımların fonksiyonel derecelendirilmiş TİCN ve TİBCN ile kaplanmasının karakterizasyonu
Characterization of functionally graded TİCN and TİBCN coating of cutting tools
CEM ERTEK
Doktora
Türkçe
2013
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEGÜL AKDOĞAN EKER
- Reaktif spark plazma yöntemi ile kalsiyum karbonat katkılı alüminyum oksinitrürün üretimi, karakterizasyonu ve özellikleri
Production, characterization and properties of CaCO3 doped AlON with reactive spark plasma sintering
SAMET KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ ŞAHİN
- Katı yağlayıcı ve aşındırıcı bileşenlerin fenolik reçine esaslı fren balatalarının mekanik ve tribolojik özelliklerine etkileri
Effects of solid lubricants and abrasives on mechanical and tribological properties of phenolic resin based brake pads
ADEM ALPER ADIGÜZEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Metalurji MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BÜLENT ÖZTÜRK