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石墨烯散热涂料在LED灯散热中的应用

石墨烯散热涂料在LED灯散热中的应用

  • 分类:行业动态
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  • 来源:
  • 发布时间:2022-04-28
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【概要描述】石墨烯具有优异的导电导热性能,在常见材料中热辐射效能最高,可以将大量的热量转化为远红外辐射出去,应用在散热器中可以提高导热效率和散热效率,非常适合用于散热涂料。然而传统的石墨烯散热涂料采用有机树脂成膜,在高温高紫外环境下容易分解、老化,甚至烧焦或者燃烧,而且有机树脂导热系数低,大大降低了石墨烯涂料的散热效率和使用寿命。

石墨烯散热涂料在LED灯散热中的应用

【概要描述】石墨烯具有优异的导电导热性能,在常见材料中热辐射效能最高,可以将大量的热量转化为远红外辐射出去,应用在散热器中可以提高导热效率和散热效率,非常适合用于散热涂料。然而传统的石墨烯散热涂料采用有机树脂成膜,在高温高紫外环境下容易分解、老化,甚至烧焦或者燃烧,而且有机树脂导热系数低,大大降低了石墨烯涂料的散热效率和使用寿命。

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一、什么是LED发光器件

   半导体发光二极管(LED)是一种常用的发光器件,通过电子与空穴复合释放能量发光,高效地将电能转化为光能。在现代社会上具有广泛的用途,如照明、平板显示、医疗器件领域等,其中在照明领域中应用最广泛。

   半导体发光二极管(LED)在电能转化为光能的工作期间会产生热量,其多少取决于整体的发光效率。在外加电能量的作用下,电子和空穴的辐射复合发生电致发光,在PN结附近辐射出来的光还需经过芯片本身的半导体介质和封装介质才能抵达外界(空气)。综合电流注入效率、辐射发光量子效率、芯片外部光取出效率等,最终大概只有30-40%的输入电能转化为光能,其余60-70%的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能。

   与传统光源一样,半导体发光二极管(LED)在电能转化为光能的工作期间会产生热量,其多少取决于整体的发光效率。在外加电能量的作用下,电子和空穴的辐射复合发生电致发光,在PN结附近辐射出来的光还需经过芯片本身的半导体介质和封装介质才能抵达外界(空气)。综合电流注入效率、辐射发光量子效率、芯片外部光取出效率等,最终大概只有30-40%的输入电能转化为光能,其余60-70%的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能。

二、LED散热结构对散热的影响

   LED光源打造的LED灯具,主要由LED、散热结构、驱动器、透镜组成。一般来说,LED灯工作是否稳定,品质好坏,与灯体本身散热至关重要,市场上的高亮度LED灯的散热,常常采用自然散热,但效果并不理想,因此散热是一个重要的部分,如果LED不能很好散热、它的寿命也会受影响。

   影响LED灯具散热的结构器件有蓝宝石(Sapphire)衬底材料、LED芯片(chip)和散热器等。蓝宝石衬底材料极低的热导率导致器件热阻增加,产生严重的自加热效应,对器件的性能和可靠性产生毁灭性的影响;热量集中在尺寸很小的芯片内,芯片温度升高,引起热应力的非均匀分布、芯片发光效率和萤光粉激射效率下降,当温度超过一定值时,器件失效率呈指数规律增加。统计资料表明,元件温度每上升2℃,可靠性下降10%。当多个LED密集排列组成白光照明系统时,热量的耗散问题更重。解决热量管理问题已成为高亮度LED应用的先决条件。

   减少热量耗散,提高功率LED的亮度最直接的方法是增大输入功率,而为了防止有源层的饱和必须相应地增大p-n结的尺寸,增大输入功率必然使结温升高,进而使量子效率降低。单管功率的提高取决于器件将热量从p-n结导出的能力,在保持现有芯片材料、结构、封装工艺、芯片上电流密度不变及等同的散热条件下,单独增加芯片的尺寸,又会导致结区温度将不断上升。

三、常见的散热器散热方式

   一般说来,依照从散热器带走热量的方式,可以将散热器分为主动式散热和被动式散热。所谓的被动式散热,是指通过散热片将热源LED光源热量自然散发到空气中,其散热的效果与散热片大小成正比。 主动式散热是通过系统以外的一些设计,将LED照明过程产生的热能分散出去。主动散热又可以分为风冷散热、液冷散热、热管散热、半导体制冷、化学制冷等等。

   风冷散热是最常见的LED散热方式,散热器材料主要是铝材和铜材料,一般是做成鳍片状,以增加其散热面积。这种散热器主要依赖热传导和空气对流进行散热,通过加大散热面积增大空气流量来提高散热的效率。但是这种方式提高散热效果的程度有限,会受环境温度和空气流速的影响。

四、新型散热涂料—WJ-5076石墨烯散热涂料

   众所周知,热量的传导有三种方式:热传导、对流、辐射。如果金属散热器表面再涂覆一层辐射涂料,可以实现对流+辐射协同作用,可大大提高散热的效率,不受环境温度和空气流速的影响,在性能方面会带来质的飞跃。石墨烯具有优异的导电导热性能,在常见材料中热辐射效能最高,可以将大量的热量转化为远红外辐射出去,应用在散热器中可以提高导热效率和散热效率,非常适合用于散热涂料。然而传统的石墨烯散热涂料采用有机树脂成膜,在高温高紫外环境下容易分解、老化,甚至烧焦或者燃烧,而且有机树脂导热系数低,大大降低了石墨烯涂料的散热效率和使用寿命。

   本产品涂装薄,形成的涂膜稳定性好,可在300℃以上的环境中长期使用而不发生脱落、黄变、开裂等现象。本涂料中添加的石墨烯提高了涂膜的红外热辐射效果,也改善了部件涂装后的散热性能,更使得部件的耐腐蚀、耐高温等性能有了显著提升。可以应用于家电、暖通、工业设备的散热部件,如LED灯具散热器、空调散热器、采暖系统散热器、家电散热器、热交换设备散热器等,可以涵盖不锈钢、铝材、碳钢、陶瓷、铜等基材,大大扩展了石墨烯在散热领域的应用范围。

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