JX金屬開發微膠囊、負熱膨脹材等熱控制陶瓷材料

 

刊登日期:2019/1/23
  • 字級

日本JX金屬公司開發了可以控制熱能的陶瓷材料。以氧化鋁包覆鋁∕矽合金的微膠囊(Microcapsule)可以在500℃以上的高溫帶進行蓄熱。此外,鎢酸鋯粉體(Zirconium Tungstate)具有隨著溫度上升而收縮之負的熱膨脹特性,混入樹脂部材後可以抑制熱膨脹。不論是在汽車的電動化或提高油耗、電子機器的小型化或高機能化等方面,熱控制技術在其中都佔有相當重要的地位,JX金屬也將這些材料視為次世代材料展開用途開發。

高溫帶對應的潛熱蓄熱微膠囊是JX金屬與北海道大學所共同開發。研究團隊發現擁有融點超過500℃的鋁合金可做為潛熱蓄熱材料(Latent Heat Storage Materials),利用固液相變化(Phase Change)時的潛熱,讓高密度蓄熱成為可能。研究團隊將30~50μm大小的鋁∕矽合金芯材(Core Material)成長,經過加熱處理後予以微膠囊化。1克的潛熱能量160~230焦耳,熱傳導率為113 W∕m·K,密度則是2.71 g∕cm3。相較於一般熔融鹽(Molten Salt),機能、壽命等方面都來得更加優異。由於是固體,因此易於使用。不僅是蓄熱,亦可利用於熱輸送或熱控制用途,因此將可望應用於在高溫帶發揮機能之汽車排氣淨化觸媒的陶瓷載體,或是太陽能、風力熱發電的蓄熱槽,以及工廠的排熱利用等用途。

負熱膨脹材料之鎢酸鋯為空隙多的結晶體,具有因為熱振動使整個分子結構收縮的性質。研究團隊將鎢酸鋯粉體混合入功率半導體的發熱部品、高溫環境下使用之印刷基板等樹脂基材中,以抑制其熱膨脹。將鎢酸鋯粉體做為封裝基板材料與一般環氧樹脂以體積比19 %混合的狀況下,與單單只有環氧樹脂相比,確認形狀的變化量降低了40%。相較於一般矽材料,鎢酸鋯粉體做為負熱膨脹材料具有優異的負熱膨脹特性,與其他類似材料相比,亦能在廣泛溫度範圍下發揮穩定的負熱膨脹特性,且因為是氧化物,因此絕緣性也極佳。目前一次可生產數百克的鎢酸鋯粉體,JX金屬也將其做為封裝基板材料,展開商業樣品推廣。目前鎢酸鋯粉體的平均粒徑約10μm,為提高對樹脂的充填性,JX金屬也將展開更進一步的微粒子化處理。


資料來源: 化學工業日報 / 材料世界網編譯
分享