흑연 재료 중에서, 탄소 나노튜브 (CNT) 는 고출력 장치를 위한 안정하고, 열전도성이 높은 방열 필름에 대한 가장 유망한 후보 중 하나로 여겨진다.
CNT는 매우 높은 축 열 전도성을 가지고, 잘 구조화 된 단일 벽 CNT의 축 열 전도도는 6000 W/(m · K) 이상에 도달 할 수 있습니다.
Chen 등은 열 전도성을 향상시키기 위해 폴리머를위한 열 전도성 필러로 CNT 분말을 사용했습니다. CNT의 부피 분율이 작고 무작위 CNT 필러 간의 접촉이 불량합니다. 이는 복합 재료의 열 전도성에 대한 제한된 개선을 갖는다. CNT 분산액의 진공 여과에 의해 제조된 CNT 버키페이퍼는 평면 방향으로 100 W/(m · K) 이상의 열전도율을 나타낼 수 있다. 따라서, 조밀하게 배열된 CNT 구조는 CNT를 나노스케일에서 매크로 스케일로 전이시키기 위한 이상적인 스캐폴드이다.
CNT는 강한 sp2 하이브리드 탄소 원자와 긴 포논 평균 자유 경로를 가지고 있습니다. CNT/폴리머 복합체 및 CNT 어레이와 같은 다양한 CNT 기반 열 전도성 재료가 개발되었다. 수직 탄소 나노튜브 어레이 (VACNT) 는 두께 방향에서 우수한 열 전도성을 나타내며, 높은 열 전도성과 높은 기계적 순응성을 갖는다. 이것은 두 접촉 표면 사이의 열팽창 계수의 불일치로 인한 열 응력 문제를 해결하는 데 도움이됩니다. 따라서 VACNT는 고출력 장치에서 고성능 열 전도성 재료의 후보가 될 것으로 예상됩니다.
분자 역학 시뮬레이션은 CNT 어레이의 평면 내 열 전도도가 0.056 W/(m · K) 만큼 낮을 것으로 예측합니다. 이는 장치의 크기와 해당 열원이 감소 될 때 높은 수평 열 전도성이 필요하기 때문에 고출력 장치에서 VACNT의 적용 가능성을 줄입니다. VACNT에서 CNT의 부피 분율은 5% 미만이며, 그 복합체에서 CNT의 낮은 부피 분율은 항상 개발을 제한하는 주요 문제 중 하나였습니다.
또한, CNT 어레이에서의 많은 원래의 결정 결함은 또한 그들의 열전도도를 크게 제한할 것이다. 수직 방향으로 VACNT의 고도로 배향된 구조로 인해, 수평 방향으로 CNT들 사이의 상호 작용력은 비교적 제한된다. 중간의 에어 갭은 수평 열 전도성과 기계적 특성 (굽힘 강도, 인장 강도 등) 을 악화시킨다. 궁극적으로 VACNT는 고출력 장치의 응용 프로그램에서 압력에 의해 쉽게 손상되거나 거친 인터페이스를 완전히 채울 수 없으므로 방향 열 전달에서 역할을 수행하지 못합니다.
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