Maiorano Molina 2021a - Revision history

Materiales.Compuestos at 22:29, 28 November 2022

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Materiales.Compuestos at 22:28, 28 November 2022

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== Abstract ==

The increasing advances in the electronics industry, which operates with increasingly powerful systems and with greater performances, needs the development of new materials able to dissipate the high amount of heat they generate and that, over 50% of the occasions, is the source of catastrophic failures. The two major approaches in the design and manufacture of heat sinking materials lie in what are called active dissipators and passive dissipators. The last advances in passive dissipation come from Al/diamond composites, which exhibit high thermal properties that can be modulated through the manipulation of interfaces. On the other hand, interconnected pore metal foams have been widely studied because of their active dissipation properties and potentiality as electronic heat sinks. These foams can be designed and manufactured using the well-known replication method. This method produces a composite material consisting of a matrix and inclusions of such a nature that they can be subsequently eliminated by dissolution or chemical reaction.
In the present work we propose the manufacture and characterization of materials formed by alternating layers of Al/Diamond and aluminium foam Recorded thermal conductivities reached 435W/Mk and are discussed by models that consider a semi-infinite alternating layered system of composite material and metal foam. In addition, power dissipation densities were recorded under working conditions and values up to 65% higher than conventional aluminium foams were registered.

== Full document ==
<pdf>Media:Draft_Content_124896065native-articles-432.pdf</pdf>

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 <span style="text-align: center; font-size: 75%;">'''Figura 2.''' Imágenes SEM de (a) capas alternadas presentes en la muestra M-4; y (b-d) producto Al<sub>4</sub>C<sub>3</sub> generado en la interfase Al/D a tiempos de contacto 0,15 y 45 min, respectivamente. </span></div>
-'''Tabla 1.''' Fracciones de volumen de diamante (VD), de poro (Vp) y de metal (Vm) presentes en todas las muestras fabricadas en este trabajo. Vc:Ve es la proporción composite:espuma y K<sup>L</sup> es la conductividad térmica longitudinal (W/mK) obtenida experimentalmente para cada material. Las muestras D-1, D-2 y D-3 se fabricaron a partir de partículas de diamante con diámetros de 60-80, 40-50 y 20-30 mesh, respectivamente. La notación A implica un procesado a tc=0 min, B a tc=15 min y C a tc=45 min.
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−	~~<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">~~
−	~~L.P. Maiorano<sup>a</sup>, J.M. Molina<sup>a,b</sup></div>~~
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−	~~<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">~~
−	~~<span style="text-align: center; font-size: 75%;"><sup>a</sup>Instituto Universitario de Materiales de Alicante, Universidad de Alicante, Ap. 99, E-03080, Alicante, España</span></div>~~
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−	~~<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">~~
−	~~<span style="text-align: center; font-size: 75%;"><sup>b</sup>Departamento de Química Inorgánica, Universidad de Alicante, Ap. 99, E-03080, Alicante, España</span></div>~~
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−	~~{\| style="width: 87%;border-collapse: collapse;"~~
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−	~~\| colspan='2' style="vertical-align: top;"\|<big>Materiales multicomponente para disipación térmica con estructuras alternadas de espuma de Al y material compuesto Al/D</big>~~
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−	~~\| style="border-bottom: 1pt solid black;vertical-align: top;"\|<span style="text-align: center; font-size: 75%;"> [[Image:Maiorano_Molina_2021a-image1.png\|54px]] </span>~~
−	~~\| style="vertical-align: top;"\|~~
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−	~~\| style="border-top: 1pt solid black;border-bottom: 1pt solid black;vertical-align: top;"\|<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Historia del artículo:</span>~~
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−	~~<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Recibido 7 de Junio de 2019</span>~~
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−	~~<span style="text-align: center; font-size: 75%;">En la versión revisada 20 de Junio de 2019</span>~~
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−	~~<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Aceptado 5 de Julio de 2019</span>~~
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−	~~<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Accesible online 15 de Abril de 2021</span>~~
−	\| rowspan='4' style="vertical-align: top;"\|<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Los crecientes avances en la industria electrónica, que operan con sistemas cada vez más potentes y con mayores prestaciones, necesitan del desarrollo de nuevos materiales que sean capaces de disipar la elevada cantidad de calor que generan y que, en más del 50% de las ocasiones, es el origen de fallos catastróficos. Las dos grandes aproximaciones en el diseño y fabricación de materiales disipadores de calor radican en los llamados disipadores activos y disipadores pasivos. Los alcances últimos en disipación pasiva provienen de materiales compuestos Al/diamante, que presentan elevadas propiedades térmicas que pueden modularse a través de la manipulación de las </span><span style="text-align: center; font-size: 75%;">interfaces. Por otro lado, las espumas metálicas de poro interconectado han sido ampliamente estudiadas por sus propiedades de disipación activa y su potencialidad como disipadores de calor en electrónica. Estas espumas pueden diseñarse y fabricarse mediante el conocido método de replicación. En este método se fabrica un material compuesto formado por una matriz y unas inclusiones de naturaleza tal que pueden eliminarse posteriormente mediante disolución o reacción química.</span>
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−	<span style="text-align: center; font-size: 75%;">En el presente trabajo se propone la fabricación y caracterización de materiales formados por capas alternadas de material compuesto Al/diamante y espuma de aluminio Las conductividades térmicas registradas alcanzaron 435W/mK y se discuten mediante modelos que consideran un sistema de capas alternadas semi-infinitas de material compuesto y espuma metálica. Además, se registraron valores de potencia disipada en condiciones de trabajo de hasta 65</span><span style="text-align: center; font-size: 75%;">% superiores a espumas de aluminio convencionales. </span>
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−	~~\| style="border-top: 1pt solid black;vertical-align: top;"\|<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Palabras clave:</span>~~
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−	~~<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Espuma metálica</span>~~
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−	~~<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Composite metal-diamante</span>~~
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−	~~<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Replicación </span>~~
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−	~~<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Conductividad térmica</span>~~
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−	~~<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Potencia disipada</span>~~
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−	~~\| style="border-top: 1pt solid black;vertical-align: top;"\|~~
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−	~~\| colspan='2' style="vertical-align: top;"\|<big>Multicomponent materials for thermal dissipation with alternating Al foam structures and Al/D composite material </big>~~
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−	~~\| style="border-bottom: 1pt solid black;vertical-align: top;"\|<span style="text-align: center; font-size: 75%;"> [[Image:Maiorano_Molina_2021a-image2.png\|54px]] </span>~~
−	~~\| style="vertical-align: top;"\|~~
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−	~~\| style="border-top: 1pt solid black;border-bottom: 1pt solid black;vertical-align: top;"\|<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Keywords:</span>~~
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−	~~<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Metal foam</span>~~
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−	~~<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Metal-diamond composite</span>~~
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−	~~<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Thermal conductivity</span>~~
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−	~~<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Power dissipation</span>~~
−	\| rowspan='2' style="vertical-align: top;"\|<span style="text-align: center; font-size: 75%;">The increasing advances in the electronics industry, which operates with increasingly powerful systems and with greater performances, needs the development of new materials able to dissipate the high amount of heat they generate and that, over 50% of the occasions, is the source of catastrophic failures. The two major approaches in the design and manufacture of heat sinking materials lie in what are called active dissipators and passive dissipators. The last advances</span><span style="text-align: center; font-size: 75%;"> in passive dissipation come from Al/diamond composites, which exhibit high thermal properties that can be modulated through the manipulation of interfaces. On the other hand, interconnected pore metal foams have been widely studied because of their active dissipation properties and potentiality as electronic heat sinks. These foams can be designed and manufactured using the well-known replication method. This method produces a composite material consisting of a matrix and inclusions of such a nature that they can be </span><span style="text-align: center; font-size: 75%;">subsequently eliminated by dissolution or chemical reaction.</span>
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−	<span style="text-align: center; font-size: 75%;">In the present work we propose the manufacture and characterization of materials formed by alternating layers of Al/Diamond and aluminium foam Recorded thermal conductivities reached 435W/Mk and are discussed by models that consider a semi-infinite alternating layered system of composite material and metal foam. In addition, power dissipation densities were recorded under working conditions and values up to 65% higher than conventional aluminium foams</span><span style="text-align: center; font-size: 75%;"> were registered.</span>
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	==1 Introducción ==		==1 Introducción ==

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 Los resultados experimentales de CT correspondientes a las muestras fabricadas en el presente trabajo se condensan en la Tabla 1. Según lo esperado, los componentes espumados (muestras A) registraron los valores de CT más bajos. Las CTs obtenidas a partir de la ecuación (3) y (4) se correlacionaron con los resultados experimentales en la Figura 4. Aunque el modelo aplicado ofrece conductividades térmicas muy cercanas a las experimentales, se puede observar una ligera sobreestimación con respecto a los valores medidos.
 [[Image:Maiorano_Molina_2021a_1715_maiorano_fig4.png|600px]]
 <span style="text-align: center; font-size: 75%;">'''Figura 4.''' Conductividad térmica longitudinal calculada vs. experimental para espumas de aluminio (muestras A) y materiales multicomponente (muestras M).</span></div>

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 Los resultados de potencia disipada obtenidos para algunos de los materiales fabricados en el presente estudio se exponen en la Figura 5. Los datos experimentales muestran incrementos en los valores de disipación de potencia cuando la fracción de volumen de componente Al/D aumenta mientras que la del componente espumado disminuye. En términos de porcentaje, se encontró que las muestras desarrolladas alcanzaron valores de hasta un 65% superiores a las espumas de Al convencionales. Puede observarse en la figura que a flujos altos (superiores a 5 l/min), la muestra M-1B proporciona valores de potencia disipada superiores a la M-4B a pesar de tener una menor conductividad térmica. Esta fenomenología puede entenderse cualitativamente al tener en cuenta la proporción de componentes. En la muestra M-1B el componente espumado está en mayor proporción que en la muestra M-4B y este componente es el principal responsable de la disipación térmica en condiciones de convección forzada. El papel del componente Al/D, que es el que tiene mayor conductividad térmica, consiste en el transporte de calor a lo largo de la muestra y su transferencia al componente espumado.
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 <span style="text-align: center; font-size: 75%;">'''Figura 5.''' Potencia disipada obtenida experimentalmente mediante el dispositivo diseñado en [8,9] en función del flujo de aire impuesto a través de los materiales.</span></div>

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-  [[Image:Maiorano_Molina_2021a-image11.png|600px]] </div>
+  [[Image:Maiorano_Molina_2021a_2180_maiorano_fig3.png|600px]] </div>
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 Los resultados experimentales de CT correspondientes a las muestras fabricadas en el presente trabajo se condensan en la Tabla 1. Según lo esperado, los componentes espumados (muestras A) registraron los valores de CT más bajos. Las CTs obtenidas a partir de la ecuación (3) y (4) se correlacionaron con los resultados experimentales en la Figura 4. Aunque el modelo aplicado ofrece conductividades térmicas muy cercanas a las experimentales, se puede observar una ligera sobreestimación con respecto a los valores medidos.
-[[Image:Maiorano_Molina_2021a-image12.png|600px]]
+[[Image:Maiorano_Molina_2021a_1715_maiorano_fig4.png|600px]]
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