Hochleistungsdichte Phasenwechsel-Komposit-Materialien für das thermische Management elektrotechnischer Systeme

High power dense phase-change composite materials for the thermal management of electronic systems

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-87329
  • Untersucht wird die grundsätzliche Eignung von Phasenwechselmaterialien (PCM) in zyklischen Anwendungen. Dabei stellen die Enthalpie und die Wärmeleitfähigkeit die wichtigsten Materialparameter für ein effektives System dar. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit dient der Nutzung großer Volumina an PCM, die Enthalpie ist die Energieaufnahmefähigkeit der Materialien. An diversen Materialkombinationen wird das Schmelz- und Erstarrungsverhalten in DSC-Messungen untersucht. Die Wärmeleitfähigkeit der Materialien wird durch Füllstoffe und durch Infiltration poröser Matrices variiert. Durch die Infiltration poröser Strukturen können hochwärmeleitfähige Komposite erzeugt werden. EinflüsseUntersucht wird die grundsätzliche Eignung von Phasenwechselmaterialien (PCM) in zyklischen Anwendungen. Dabei stellen die Enthalpie und die Wärmeleitfähigkeit die wichtigsten Materialparameter für ein effektives System dar. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit dient der Nutzung großer Volumina an PCM, die Enthalpie ist die Energieaufnahmefähigkeit der Materialien. An diversen Materialkombinationen wird das Schmelz- und Erstarrungsverhalten in DSC-Messungen untersucht. Die Wärmeleitfähigkeit der Materialien wird durch Füllstoffe und durch Infiltration poröser Matrices variiert. Durch die Infiltration poröser Strukturen können hochwärmeleitfähige Komposite erzeugt werden. Einflüsse auf das dynamische Verhalten der Materialien werden mit geänderter Wärmeleitfähigkeit sichtbar. Die Variation von Wärmeleitfähigkeit und Enthalpie ist durch die verwendeten Materialien in großen Bereichen möglich. Die hergestellten PCM-Komposite werden in anwendungsnahen Versuchsaufbauten zyklisch-thermischen Belastungen unterworfen. Ein Vergleich der Kühlleistung mit Referenzmaterialien zeigt die Leistungsfähigkeit der Materialien. Durch simulative Beschreibung der Problemstellung kann eine Variation unterschiedlicher Parameter vorgenommen werden und deren Einfluss verglichen werden. Die grundlegende Beschreibung der Herstellung, sowie die Untersuchung von Einsatzszenarien und die Variation von Materialeigenschaften stellen erste Ansätze für die Anwendung der Materialien dar. Die Herstellungsmethode in Kombination mit simulativer Beschreibung ermöglicht dabei ein maßschneidern von Materialien für unterschiedliche Systeme.show moreshow less
  • General Suitability of Phase-change materials (PCM) in cyclic applications is examined. With Enthalpy and thermal conductivity being the most important material parameters for an effective system. A high thermal conductivity conduces the usage of a high volume of PCM, enthalpy is the energy uptake capacity of the materials. Diverse material combinations are examined regarding their melting and freezing behaviour in DSC measurements. The thermal conductivity of the materials can be varied by filler materials and the infiltration of porous matrices. By infiltration of porous structures, highly thermally conductive composites can be produced. Changes in the dynamic behaviour are becomingGeneral Suitability of Phase-change materials (PCM) in cyclic applications is examined. With Enthalpy and thermal conductivity being the most important material parameters for an effective system. A high thermal conductivity conduces the usage of a high volume of PCM, enthalpy is the energy uptake capacity of the materials. Diverse material combinations are examined regarding their melting and freezing behaviour in DSC measurements. The thermal conductivity of the materials can be varied by filler materials and the infiltration of porous matrices. By infiltration of porous structures, highly thermally conductive composites can be produced. Changes in the dynamic behaviour are becoming apparent by changed thermal conductivity. The variation of thermal conductivity and enthalpy is, due to the used materials, possible in a wide range. The produced PCM-composites are subjected to cyclic thermal stresses in application-related setups. A comparison of their cooling efficiency with that of reference materials shows the performance of the materials. With simulative description of the problem, a variation of different parameters can be achieved, and their respective influence can be compared. The general description of processing, as well as the examination of use-cases and the variation of material properties propose first steps for the use of the materials. The production process in combination with simulative description enables the tailoring of materials for different systems.show moreshow less

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Metadaten
Author:Tobias Kötter
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-87329
ISBN:978-3-96147-053-2
Series (Volume number):FAU Studien Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (16)
Publisher:FAU University Press
Place of publication:Erlangen
Advisor:Christoph J. Brabec, Marcus Halik
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2017
Embargo Date:2017/08/24
Publishing Institution:FAU University Press
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2017/05/24
Release Date:2017/08/25
Tag:Differenzielle Wärmekalorimetrie; Dynamische Leistungszyklen; Elektronische Bauteile; Phasenwechsel; Poröse Materialien; Thermischer Kontakt
SWD-Keyword:Infiltration; Phase-Change-Technologie; Simulation; Thermische Belastung; Verkapselung; Wärmeleitfähigkeit
Pagenumber:xxi, 243 S.
Note:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-052-5
Institutes:Technische Fakultät / Department Werkstoffwissenschaften
Dewey Decimal Classification:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - Namensnennung-NichtKommerziell-KeineBearbeitung