jamtJournal of Advanced Materials and TechnologiesJournal of Advanced Materials and Technologies2782-21922782-2206ФГБОУ ВО «ТГТУ»10.17277/jamt.2023.03.pp.178-184jamt-3Research ArticleНаноструктурированные наноматериалы и наноустройстваNanostructured, nanoscale materials and nanodevicesСоздание композита на основе термопасты и углеродных нанотрубок для улучшения теплопроводных свойствCreating a composite based on thermal paste and carbon nanotubes to improve heat-conducting propertieshttps://orcid.org/0000-0003-0813-6888БорознинаН. П.BorozninaN. P.

Борознина Наталья Павловна, доктор физикоматематических наук, доцент, профессор кафедры судебной экспертизы и физического материаловедения

пр. Университетский, 100, Волгоград, 400062

Nataliya P. Boroznina, D. Sc. (Phys. and Math.), Associated Professor, Professor of the Department of Forensic Science and Physical Materials Sciences

100, University Avenue, Volgograd, 400062

boroznina.natalya@volsu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9486-2482ЗапороцковаИ. В.ZaporotskovaI. V.

Запороцкова Ирина Владимировна, доктор физико-математических наук, профессор, директор института приоритетных технологий

пр. Университетский, 100, Волгоград, 400062

Irina V. Zaporotskova, D. Sc. (Phys. and Math.), Professor, Director of the Institute of Priority Technologies

100, University Avenue, Volgograd, 400062

irinzaporotskova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-0110-2271БорознинС. В.BorozninS. V.

Борознин Сергей Владимирович, доктор физикоматематических наук, доцент, заведующий кафедрой судебной экспертизы и физического материаловедения

пр. Университетский, 100, Волгоград, 400062

Sergey V. Boroznin, D. Sc. (Phys. and Math.), Associated Professor, Head of the Department of Forensic Science and Physical Materials Sciences

100, University Avenue, Volgograd, 400062

boroznin@volsu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3122-8801ЗапороцковП. А.ZaporotkovP. A.

Запороцков Павел Александрович, кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра судебной экспертизы и физического материаловедения

пр. Университетский, 100, Волгоград, 400062

Pavel A. Zaporotkov, Cand. Sc. (Phys. and Math.), Associated Professor, Department of Forensic Science and Physical Materials Sciences

100, University Avenue, Volgograd, 400062

paulzaporottskov@gmail.comМовчанД. Д.MovchanD. D.

Мовчан Денис Дмитриевич, студент

пр. Университетский, 100, Волгоград, 400062

Denis D. Movchan, Student

100, University Avenue, Volgograd, 400062

nmtb-191_447167@volsu.ruВолгоградский государственный университетРоссияVolgograd State UniversityRussian Federation20231302202683178184Copyright © Борознина Н.П., Запороцкова И.В., Борознин С.В., Запороцков П.А., Мовчан Д.Д., 20262026Борознина Н.П., Запороцкова И.В., Борознин С.В., Запороцков П.А., Мовчан Д.Д.Boroznina N.P., Zaporotskova I.V., Boroznin S.V., Zaporotkov P.A., Movchan D.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://jamt.elpub.ru/jour/article/view/3

Эффективная передача тепла имеет важное значение во многих промышленных отраслях для обеспечения безопасной и эффективной работы оборудования. Термопасты являются материалами, применяемыми для улучшения теплопередачи между различными поверхностями. В данном исследовании было изучено влияние углеродных нанотрубок на теплопроводные свойства термопаст в целях создания нового, более эффективного и экономичного композита. При выполнении работы был проведён эксперимент, заключающийся в подборе оптимального типа термопасты, а также определения наиболее эффективного количества углеродного наноматериала, для оценки термической стабильности и улучшения характеристик термопаст при добавлении углеродных нанотрубок.Результаты исследования показали, что добавление углеродных нанотрубок позволяет улучшить распределение и передачу тепла, а именно при введении углеродных нанотрубок в концентрации 0,01 % температура процессора оставалась ниже на 15ºС при предварительном воздействии на нанотрубки ультразвуком, и на 10 °С без предварительной обработки в ультразвуковой мешалке. Полученные результаты подчеркивают потенциал углеродных нанотрубок как многообещающей добавки для улучшения теплопроводных свойств термопаст в различных приложениях.

Efficient heat transfer is essential in many industrial sectors to ensure safe and efficient operation of equipment. Thermal pastes are materials used to improve heat transfer between different surfaces. In this study, the influence of carbon nanotubes on the heat-conducting properties of thermal pastes was studied in order to create a new, more efficient and economical composite. The study included an experiment consisting in selecting the optimal type of thermal paste, as well as determining the most effective amount of carbon nanomaterial, in order to assess the thermal stability and improve the characteristics of thermal pastes when adding carbon nanotubes. The results of the study showed that the addition of carbon nanotubes makes it possible to improve the distribution and transfer of heat, namely, when carbon nanotubes were introduced at a concentration of 0.01 %, the processor temperature remained lower by 15 °C with preliminary exposure to nanotubes with ultrasound, and by 10 °C without pretreatment in an ultrasonic stirrer. The results highlight the potential of carbon nanotubes as a promising additive for improving the thermal conductivity properties of thermal pastes in various applications.

термопастауглеродные нанотрубкитеплопроводностьвзаимодействияновые композитынаноэлектроника и микросистемная техника.thermal pastecarbon nanotubesthermal conductivityinteractionsstructural modificationnanoelectronics and microsystems engineering.Исследование проводилось в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема «ФЗУУ-2023-000»).The study was conducted as part of the state task of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (subject "FZUU-2023-000").ReferencesBharadwaj B, Singh P, Mahajan PL. Thermal performance of different carbonaceous nanoparticles as additives to thermal paste as an interface material. ASME 2021 International Technical Conference and Exhibition on Packaging and Integration of Electronic and Photonic Microsystems2021, 26-28 October 2021, Virtual, Online. 2021;IPACK2021-69254. DOI:10.1115/IPACK2021-69254Bharadwaj B, Singh P, Mahajan PL. Thermal performance of different carbonaceous nanoparticles as additives to thermal paste as an interface material. ASME 2021 International Technical Conference and Exhibition on Packaging and Integration of Electronic and Photonic Microsystems2021, 26-28 October 2021, Virtual, Online. 2021;IPACK2021-69254. DOI:10.1115/IPACK2021-69254Kumanek B, Janas D. Thermal conductivity of carbon nanotube networks: a review. Journal of Materials Science. 2019;54:7397-7427. DOI:10.1007/s10853-019-03368-0Kumanek B, Janas D. Thermal conductivity of carbon nanotube networks: a review. Journal of Materials Science. 2019;54:7397-7427. DOI:10.1007/s10853-019-03368-0Yang L, Chen ZG, Dargusch MS, Zou J. High performance thermoelectric materials: progress and their applications. Advanced Energy Materials. 2018;8:1-28. DOI:10.1002/aenm.201701797Yang L, Chen ZG, Dargusch MS, Zou J. High performance thermoelectric materials: progress and their applications. Advanced Energy Materials. 2018;8:1-28. DOI:10.1002/aenm.201701797Blackburn JL, Ferguson AJ, Cho C, Grunlan JC. Carbon-nanotube-based thermoelectric materials and devices. Advanced Materials. 2018;30:1704386. DOI:10.1002/adma.201704386Blackburn JL, Ferguson AJ, Cho C, Grunlan JC. Carbon-nanotube-based thermoelectric materials and devices. Advanced Materials. 2018;30:1704386. DOI:10.1002/adma.201704386Cheung KY, Segawa Y, Itami K. Synthetic strategies of carbon nanobelts and related belt-shaped polycyclic aromatic hydrocarbons. Chemistry. 2020;26(65):14791-14801. DOI:10.1002/chem.202002316Cheung KY, Segawa Y, Itami K. Synthetic strategies of carbon nanobelts and related belt-shaped polycyclic aromatic hydrocarbons. Chemistry. 2020;26(65):14791-14801. DOI:10.1002/chem.202002316Parker CB, Raut AS, Brown B, Stoner BR, Glass JT. Three-dimensional arrays of graphenated carbon nanotubes. Journal of Materials Research. 2012;27(7):1046-1053. DOI:10.1557/jmr.2012.43Parker CB, Raut AS, Brown B, Stoner BR, Glass JT. Three-dimensional arrays of graphenated carbon nanotubes. Journal of Materials Research. 2012;27(7):1046-1053. DOI:10.1557/jmr.2012.43Gupta N, Gupta SM, Sharma SK. Carbon nanotubes: synthesis, properties and engineering applications. Carbon Letters. 2019;29:419-447. DOI:10.1007/s42823-019-00068-2.Gupta N, Gupta SM, Sharma SK. Carbon nanotubes: synthesis, properties and engineering applications. Carbon Letters. 2019;29:419-447. DOI:10.1007/s42823-019-00068-2.Farhat S, Scott CD. Review of the Arc process modeling for fullerene and nanotube production. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2006;6(5):1189-1210. DOI:10.1166/jnn.2006.331Farhat S, Scott CD. Review of the Arc process modeling for fullerene and nanotube production. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2006;6(5):1189-1210. DOI:10.1166/jnn.2006.331Zhang Z, Ouyang Y, Cheng Y, Chen J, Li N, Zhang G. Size-dependent phononic thermal transport in low-dimensional nanomaterials. Physics Reports. 2020;860:1-26. DOI:10.1016/j.physrep.2020.03.001Zhang Z, Ouyang Y, Cheng Y, Chen J, Li N, Zhang G. Size-dependent phononic thermal transport in low-dimensional nanomaterials. Physics Reports. 2020;860:1-26. DOI:10.1016/j.physrep.2020.03.001Anufriev R, Maire J, Nomura M. Review of coherent phonon and heat transport control in onedimensional phononic crystals at nanoscale. APL Materials. 2021;9:070701. DOI:10.1063/5.0052230Anufriev R, Maire J, Nomura M. Review of coherent phonon and heat transport control in onedimensional phononic crystals at nanoscale. APL Materials. 2021;9:070701. DOI:10.1063/5.0052230Collins PG, Avouris P. Nanotubes for electronics. Scientific American. 2000;28(6):62-69. DOI:10.1038/scientificamerican1200-62Collins PG, Avouris P. Nanotubes for electronics. Scientific American. 2000;28(6):62-69. DOI:10.1038/scientificamerican1200-62Karousis N, Tagmatarchis N, Tasis D. Current progress on the chemical modification of carbon nanotubes. Chemical Reviews. 2010;110(9):5366-5397. DOI:10.1021/cr100018gKarousis N, Tagmatarchis N, Tasis D. Current progress on the chemical modification of carbon nanotubes. Chemical Reviews. 2010;110(9):5366-5397. DOI:10.1021/cr100018gEatemadi A, Daraee H, Karimkhanloo H, Kouhi M, Zarghami N, Akbarzadeh A, Abasi M, Hanifehpour Y, Sang WJ. Carbon nanotubes: properties, synthesis, purification, and medical applications. Nanoscale Research Letters. 2014;9(1):393. DOI:10.1186/1556-276X-9-393Eatemadi A, Daraee H, Karimkhanloo H, Kouhi M, Zarghami N, Akbarzadeh A, Abasi M, Hanifehpour Y, Sang WJ. Carbon nanotubes: properties, synthesis, purification, and medical applications. Nanoscale Research Letters. 2014;9(1):393. DOI:10.1186/1556-276X-9-393Tarhini A, Tehrani-Bagha AR. Advances in preparation methods and conductivity properties of graphene-based polymer composites. Applied Composite Materials. 2023;184:107797. DOI:10.1007/s10443-023-10145-5.Tarhini A, Tehrani-Bagha AR. Advances in preparation methods and conductivity properties of graphene-based polymer composites. Applied Composite Materials. 2023;184:107797. DOI:10.1007/s10443-023-10145-5.Mishra S, Jena S, Mohapatra S, Das S, Das K. Mechanical behavior and texture evolution of integrated MCNTs/Cu composites with balanced electrical/thermal conductivity. Powder Technology. 2023;427:118751. DOI:10.1016/j.powtec.2023.118751Mishra S, Jena S, Mohapatra S, Das S, Das K. Mechanical behavior and texture evolution of integrated MCNTs/Cu composites with balanced electrical/thermal conductivity. Powder Technology. 2023;427:118751. DOI:10.1016/j.powtec.2023.118751Si R, Zhang Z, Liu C, Peng Y, Bai X, Feng B, Chen J, Gao J, Miao L. Decoupled electron and phonon transport in thermoelectric GeTe compounded with multiwalled carbon nanotubes. Materials Today Physics. 2023;34:101081. DOI:10.1016/j.mtphys.2023.101081.Si R, Zhang Z, Liu C, Peng Y, Bai X, Feng B, Chen J, Gao J, Miao L. Decoupled electron and phonon transport in thermoelectric GeTe compounded with multiwalled carbon nanotubes. Materials Today Physics. 2023;34:101081. DOI:10.1016/j.mtphys.2023.101081.Muchuweni E, Mombeshora ET. Enhanced thermoelectric performance by single-walled carbon nanotube composites for thermoelectric generators: A review. Applied Surface Science Advances. 2023;13:100379. DOI:10.1016/j.apsadv.2023.100379Muchuweni E, Mombeshora ET. Enhanced thermoelectric performance by single-walled carbon nanotube composites for thermoelectric generators: A review. Applied Surface Science Advances. 2023;13:100379. DOI:10.1016/j.apsadv.2023.100379

The authors declare that there are no conflicts of interest present.