المواد الحرارية المتقدمة حديثًا تحظى بوعد للاستخدام في المسرع والصناعة المستقبلية
كان البحث عن بديل قابل للتطوير للنحاس كمادة موصلة حرارية في تطبيقات الإدارة الحرارية العالية عملية مستمرة لأكثر من عقد. لا يزال النحاس مفيدًا كموصل حراري – هو - هي’S رخيصة ، فعالة ، يمكن إنتاجها بكميات كبيرة ويمكن تشكيلها للاستخدام على المكونات الكبيرة. لكن في بعض الحالات ، مثل CERN’S كبير Hadron Collider (LHC) وغيرها من الإعدادات الصناعية المحددة ، هناك حاجة إلى مادة تمتلك كثافة منخفضة ويمكنها إدارة الحرارة الشديدة فحسب ، ولكن أيضًا الضغط الهيكلي الشديد.
هذا هو السبب في أن CERN ، من خلال مختلف الاتحاد الأوروبي-كانت المشاريع الممولة وبمساعدة الشركاء الصناعيين Brevetti Bizz و Nanoker ، تعمل على إيجاد بديل مناسب. تركز العمل على كربيد-مواد الكربون (CCMS)، التي تجمع بين صلابة كربيد مع براعة الكربون ، مما يجعلها مثالية كموصلات حرارية في ظروف قاسية.
حل واحد ، الموليبدينوم-الجرافيت (Mogr)، لقد نجح بالفعل إلى حد ما. تم وضعه في البداية للتطبيق في CERN’S تم ترقيته LHC ، الذي من المقرر أن يبدأ العمليات في عام 2030 ، كجزء من المصانع – الأجهزة المستخدمة للتحكم في شعاع الجسيمات وتشكيلها.
يجب أن تعمل هذه الأجهزة قريبة جدًا من شعاع الجسيمات وبالتالي يجب أن تتبدد كثافات الطاقة الكبيرة. مادة موصلة حرارية مناسبة وخفيفة لم تكن موجودة في السوق التجارية.
تم تعيين الهدف للعثور على مادة تحتوي على: الموصلية الحرارية العالية (مرتين أعلى من الأفضل “معيار” الموصل ، أي النحاس)، الموصلية الكهربائية الجيدة ، الكثافة المنخفضة ، معامل منخفض من التمدد الحراري والخصائص الميكانيكية الجيدة.
بعد البحث والتطوير المهم لـ MOGR ، تمكنت الفرق في CERN من النموذج الأولي ثم الصناعة في المادة ، مما يسمح في عام 2020 ببناء 15 موارد مزودة بـ ~300 كتل امتصاص Mogr. يتم استخدام اثني عشر من هؤلاء الملتزمين بنشاط خلال المدى الحالي 3 من LHC ، والذي بدأ في عام 2022 وسوف ينتهي في عام 2026.
الخصائص الفنية الحرارية الممتازة لـ MOGR تجعلها جذابة للغاية لمجموعة من التطبيقات الصناعية والتكنولوجية التي تتجاوز ارتفاعها-فيزياء الطاقة والمصادقون.
تشمل مجالات التطبيق المحتملة للمواد عالية-إلكترونيات الطاقة والفضاء والانصهار والحقول النووية ، حيث يكون التوسع الحراري المنخفض والكثافة المنخفضة مطلوبة جنبا إلى جنب مع الموصلية الحرارية العالية ومقاومة الصدمة الحرارية.
ومع ذلك ، فإن الاستخدام المكثف لـ Mogr في مراكز الصناعة والبحوث قد أعاقه حتى الآن من خلال تكلفة الإنتاج المرتفعة والحجم المحدود للكتل التي يمكن إنتاجها.
عند مقارنة الموصلات الحرارية الجيدة ، فإن النحاس المرتفع نقاء له تكلفة لكل وحدة حجم من حولها €0.15 لكل سم3، الجرافيت المتناسق ، الذي يكون أخف وزنا ولكن أقل توصيلًا ، يكلف حوالي 10 مرات ، و Mogr ، أخف وزناً وأكثر توصيلًا ، يكلف حوالي 100 مرة أكثر من النحاس.
ماذا’أكثر ، كان الحد الأقصى لحجم جزء CCM الذي كان من الممكن إنتاجه يقتصر على 400 سم3. أخيرًا ، فإن عملية إنتاج مثل هذا CCM تستهلك الطاقة ، مما يتطلب طاقة عالية الجهاز للوصول إلى درجة حرارة التلبيد المطلوبة ، والتي تتجاوز 2600 °C. لهذه الأسباب ، لا يمكن أن يقتصر تطبيق CCMS حاليًا على عالية جدًا-التطبيقات النهائية ، حيث تكون تكلفة المواد ثانوية فيما يتعلق بالأداء.