EN
Principis de conducció tèrmica del paper de grafit en sistemes moderns
La funció principal del paper de grafit en els sistemes de gestió tèrmica és facilitar el ràpid desplaçament de la calor lluny dels components electrònics sensibles. A causa de l'estructura única del reticle hexagonal dels àtoms de carboni, aquest material té una capacitat extraordinària per conduir la calor al llarg de la seva superfície plana. En molts dispositius d’alt rendiment, les fonts de calor localitzades, sovint anomenades punts calents, poden arribar a temperatures que amenaçen l'estabilitat de tot el sistema. Mitjançant la incorporació d'una capa de paper de grafit, els enginyers poden «distribuir» eficaçment aquesta energia tèrmica concentrada sobre una àrea molt més gran. Aquesta dissipació lateral de la calor redueix la temperatura màxima a la font, permetent que mecanismes secundaris de refrigeració, com ara ventiladors o dissipadors, funcionin de manera més eficient.
Conductivitat tèrmica anisotropa explicada
La característica més distintiva del paper de grafit és la seva naturalesa anisòtropa, el que significa que les seves propietats físiques varien segons la direcció de mesura. En el pla horitzontal (eixos X-Y), la conductivitat tèrmica pot arribar a nivells tan elevats com $1500$per a $1800 \text{ W/m·K}$ , cosa que supera significativament metalls tradicionals com el coure o l'alumini. Per contra, la conductivitat tèrmica a través del gruix de la làmina (eix Z) és molt més baixa, normalment entre $5$per a $20 \text{ W/m·K}$ . Aquesta preferència direccional és una característica dissenyada intencionadament. Permet que el material actuï alhora com un "escut" i un "difusor" tèrmic, dissipant ràpidament la calor a l'interior del dispositiu mentre evita que irradï directament cap a l'inversió externa sensible al calor o superfícies orientades a l'usuari.
Flexibilitat i adaptabilitat en espais ajustats
L'electrònica moderna es caracteritza per perfils cada vegada més fins i geometries internes complexes, el que suposa un repte important per als dissipadors de calor rígids tradicionals. El paper de grafit ofereix una solució molt flexible i conformable que es pot tallar en formes intrincades i plegar sobre superfícies corbades o cantoners. Com que és excepcionalment fi—sovint comprès entre $0.025 \text{ mm}$ per a $0.1 \text{ mm}$ —ocupa un volum negligible dins d'un xassís. Aquesta flexibilitat assegura que el material pugui mantenir un contacte íntim amb superfícies de components irregulars, reduint així la resistència tèrmica de la interfície. A diferència de les pastilles tèrmiques més gruixudes o les pastes líquides, que poden migrar o sortir amb el temps, una fulla estable de paper de grafit proporciona un camí tèrmic permanent i fiable que s'ajusta perfectament als espais estrets dels telèfons intel·ligents i els ordinadors portàtils ultrafins.
Estratègies d'integració per a la dissipació de calor i el blindatge
Més enllà del seu paper com a simple conductor, el paper de grafit sovint s'integra en solucions tèrmiques multicapa per oferir una gestió ambiental completa. En molts dispositius mòbils, el material s'utilitza conjuntament amb pel·lícules fines de polímer o adhesius per crear un "autocollant tèrmic" compost. Això permet aplicar fàcilment el paper a la part posterior d'un panell de pantalla o d'un compartiment de bateria. En distribuir la calor per aquestes àrees de gran superfície, el sistema utilitza tota la superfície exterior del dispositiu com a radiador passiu. Aquest mètode és molt més eficaç que confiar en un únic punt d'escapament, ja que aprofita el principi de convecció natural i la radiació infraroja d'una superfície més gran per reduir les temperatures interiors.
Eliminació de punts calents en l'electrònica mòbil
Els punts calents són una preocupació important per al confort de l'usuari i la longevitat dels components en la indústria dels smartphones i les tauletes. Quan un processador o un xip de gestió d’energia treballa a màxima capacitat, genera calor intensa en una àrea reduïda. Si no es controla, aquesta calor es pot notar a través de la pantalla o la coberta posterior, cosa que podria fer que el dispositiu redueixi el seu rendiment per evitar danys. El paper de grafit actua com a primera línia de defensa, extraient immediatament aquesta calor i distribuint-la cap al marc metàl·lic o al blindatge intern del dispositiu. Aquesta redistribució ràpida assegura que cap punt concret de la superfície exterior arribi a ser molest al tacte, alhora que permet als xips interns funcionar a freqüències més altes durant períodes més llargs.
Blindatge i aïllament de components sensibles
A més de la dissipació tèrmica, el paper de grafita pot proporcionar un cert grau de protecció contra interferències electromagnètiques (EMI). Com que la grafita és una forma de carboni que condueix l'electricitat, una làmina correctament connectada a terra pot ajudar a bloquejar o absorbir senyals de radiofreqüència no desitjats. Aquesta doble funcionalitat és molt valorada en els sectors de telecomunicacions i aeroespacial, on l'espai i el pes són elements clau. Mitjançant l'ús d'un únic material per gestionar tant la calor com les EMI, els dissenyadors poden reduir el nombre total de peces i simplificar el procés de muntatge. A més, quan està recobert amb capes aïllants, el paper pot actuar com una barrera tèrmica, protegint sensors delicats o bateries de la calor generada per transistors de potència o CPUs properes.
Fiabilitat i longevitat en aplicacions tèrmiques industrials
Una de les avantatges més importants de l'ús de paper de grafit en la gestió tèrmica industrial és la seva estabilitat inherent durant llargs períodes. A diferència de les grases tèrmiques o les vores basades en silicona, el grafit no s'"asseca", no produeix "emissió de gasos" ni pateix separació de fases. És químicament inert i resistent a la majoria d'àcids, bases i solvents orgànics. Això el converteix en una opció ideal per a equips que han d'operar en entorns agressius o en desplegaments de llarga durada on el manteniment és difícil, com en l'avionica de satèl·lits o sensors subaquàtics profunds. Les propietats del material milloren o romanen estables a temperatures més elevades, assegurant que el sistema de gestió tèrmica continuï sent efectiu fins i tot a mesura que l'equip envella.
Substitució de material d'interfície tèrmica
El paper de grafit s'utilitza cada vegada més com una alternativa d'alt rendiment als materials tèrmics d'interfície tradicionals (TIMs). En mòduls d'alta potència, com els que es troben en inversors de vehicles elèctrics (EV) o estacions base 5G, la interfície entre la font de calor i el dissipador és un embús crític. Les pastilles tèrmiques estàndard sovint tenen una conductivitat tèrmica només de $1$per a $8 \text{ W/m·K}$ . En substituir-les per paper de grafit d'alta puresa, els fabricants poden reduir significativament la resistència tèrmica de la unió. Tot i que la conductivitat en l'eix Z del grafit és inferior a la del seu pla X-Y, l'extrema finesa de la làmina provoca una impedància tèrmica total molt baixa, superant sovint materials tradicionals molt més gruixuts i oferint una solució més durable que no es degrada sota cicles tèrmics.
Reducció de pes i beneficis en sostenibilitat
En les indústries aeroespacial i automobilística, cada gram de pes estalviat contribueix a l'eficiència energètica i al rendiment general. Paper de grafit és remarcablement lleuger en comparació amb dissipadors tèrmics de coure o alumini, oferint una densitat típicament entre $1.0$i $2.0 \text{ g/cm}^3$ . En substituir fulles metàl·liques pesades per làmines fines de grafit, els enginyers poden assolir un rendiment tèrmic superior amb una fracció del pes. A més, com que el paper de grafit d'alta qualitat es pot fabricar a partir de grafit natural en escates, representa un recurs més sostenible i abundant en comparació amb alguns compostos tèrmics dopats amb terres rares. La seva durabilitat també implica menys substitucions i menys residus al llarg del cicle de vida del producte, ajustant-se als actuals estàndards de fabricació ecològica. 
FAQ
Perd eficàcia el paper de grafit després de cicles repetits de calor i refredament?
No, el paper de grafit és excepcionalment resistent als cicles tèrmics i no pateix els problemes de degradació habituals en materials tèrmics basats en líquids o silicona. Com que és un material estat sòlid compost de carboni pur, no s'evapora, no s'endureix ni perd flexibilitat quan està sotmès a l'expansió i contracció associades als cicles d'alimentació. De fet, les propietats mecàniques i tèrmiques del grafit romanen estables o fins i tot milloren lleugerament quan pugen les temperatures, fet que el converteix en un dels materials més fiables per a la gestió tèrmica a llarg termini tant en aplicacions de consum com industrials.
És el paper de grafit elèctricament conductor i suposa un risc de curtcircuit?
Sí, el grafit és un excel·lent conductor elèctric. Per aquest motiu, s’ha de manipular amb cura quan s’integra en sistemes electrònics. Si les vores del paper de grafit entren en contacte amb unions de soldadura exposades o pistes conductores d’un PCB, podria provocar un curtcircuit. Per reduir aquest risc, els dissenyadors tèrmics sovint utilitzen fulls de grafit "encapsulats", laminats amb primes pel·lícules aïllants com ara PET o poliimida. Aquestes pel·lícules proporcionen l’aïllament elèctric necessari mentre permeten que les propietats de dissipació tèrmica del grafit romanguin plenament funcionals, assegurant així la seguretat del muntatge electrònic.
Com es compara el rendiment del paper de grafit amb el del fulle de coure?
El paper de grafit generalment té un millor rendiment que el fulle de coure en aplicacions de dissipació tèrmica per dues raons principals. Primer, la seva conductivitat tèrmica en pla ( $1500 \text{ W/m·K}$ o més) és gairebé quatre vegades superior a la del coure pur (aproximadament $400 \text{ W/m·K}$ ). Això permet una distribució de calor molt més ràpida a través d'una superfície. En segon lloc, el paper de grafit és significativament més lleuger i flexible que la làmina de coure d’igual gruix. Aquest avantatge de pes és crític per a aplicacions mòbils i aerospacials. Tot i que el coure pot ser millor per transferir la calor directament a través del seu gruix (eix Z), la capacitat superior de difusió i el baix pes del grafit fan que sigui l’opció preferida per gestionar les temperatures superficials i els punts calents.
Es pot utilitzar paper de grafit en ambients buits?
Sí, el paper de grafit és un candidat ideal per a aplicacions de buit, com les que es troben en l'exploració espacial o en equipaments de laboratori. A diferència de les grases tèrmiques o moltes vores basades en polímers, el paper de grafit pur no conté compostos orgànics volàtils (COV) que podrien "alliberar-se" en un buit. L'alliberament de gasos pot provocar la contaminació de superfícies òptiques sensibles o la degradació del segell de buit mateix. Com que és una estructura sòlida de carboni, el paper de grafit manté la seva integritat i el seu rendiment tèrmic en un buit, proporcionant un enllaç tèrmic fiable entre components on la convecció no és possible i la conducció és l'única via de refrigeració disponible.
