JP2012528786A - 金属ではない添加剤を含む炭素含有マトリックス - Google Patents

Abstract

物質の組成物は、炭素含有マトリックスを含む。炭素含有マトリックスは、黒鉛結晶性炭素材、炭素粉末、人造黒鉛粉末、炭素繊維、又はその組み合わせを備えるグループから選択される少なくとも１つの種類の炭素材を含んでよい。さらに、炭素含有マトリックスは複数の細孔を含む。また、その物質の組成物は、複数の細孔の内の少なくとも一部の内部で加圧配置される、金属ではない添加剤も含む。

Description

（優先権主張及び関連出願に対する相互参照）
本願は、参照により本書に組み込まれる、２０１０年６月３日に出願された米国非仮出願第１２／７９３，６５６号に対する優先権を主張し、それに関する。

２０１０年６月３日に出願された米国非仮出願第１２／７９３，６５６号は、参照により本書に組み込まれる、２００９年６月５日に出願された米国仮出願第６１／１８４，５４９号に対する優先権を主張し、それに関する。

本願は、結果的に生じる炭素添加複合材の物理的特性及び熱的特性を強化するために、金属ではない添加剤で、炭素含有マトリックスの細孔を充填することを対象とする。

物質の本組成物は、炭素含有マトリックスを含む。炭素含有マトリックスは、黒鉛結晶性炭素材、炭素粉末、及び人造黒鉛粉末、炭素繊維、又はその組み合わせ等の、少なくとも１種類の炭素材を含んでよい。炭素含有マトリックスは、ブロック、布、シート、又はプレートとして形成され得る。また、炭素含有マトリックスは、無定形であってもよい。さらに、炭素含有マトリックスは複数の細孔を有する。物質の組成物は、複数の細孔の内の少なくとも一部の内部で加圧配置された金属ではない添加剤も有する。この添加剤は、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ナイロン、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｃ、及びその組み合わせ等の物質を含むことがある。さらに、炭素含有マトリックスの細孔内部に配置された金属ではない添加剤は、炭素添加複合材の柔軟性及び強度を改善する。例えば、物質の組成は、３．５ＭＰａから１０．０ＭＰａの範囲の曲げ強さを有してよい。

添加剤は、化学反応を介して炭素含有マトリックスの細孔内に配置されてよい。例えば、１つ又は複数の先駆物質が、炭素含有マトリックスの炭素と反応し、金属ではない添加剤を形成する細孔の内部に配置されてよい。１つ又は複数の先駆物質に基づいて、炭素含有マトリックスの細孔の内部に添加剤を配置する１つ又は複数の反応を開始するために、圧力及び／又は熱が適用されてよい。

いくつかの例では、１つ又は複数の先駆物質は金属ではない。さらに、先駆物質は、シリコーン、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ナイロン、又はその混合物等の重合体であってよい。また、先駆物質はＳｉＨ₄ガスであってもよい。先駆物質がＳｉ含有物質であるとき、炭素含有マトリックスの細孔の内部に配置される添加剤はＳｉＣを含んでよい。炭素含有マトリックスの細孔の内部に配置されるＳｉＣは、炭素添加複合材の強度、柔軟性、及び熱伝導性を改善し得る。先駆物質（複数の場合がある）は、カーボンナノチューブ、微粒子黒鉛、グラフェンシート、Ｃ₆₀（バックミンスターフラーレン）、及びその組み合わせ等の、金属ではない添加剤の熱伝導性を高めるために熱伝導性添加剤を含むこともある。いくつかのケースでは、先駆物質（複数の場合がある）は、ナノ微粒子金属、炭素金属複合材細粉、又はその組み合わせ等、金属性の熱伝導性添加剤を含むことがある。

発明を実施するための形態は、添付の図を参照して説明される。図中、参照番号の最も左側の数字（複数の場合がある）は、その参照番号が最初に表示される図を識別する。類似した特長及び要素を参照するために、図を通して同じ番号が使用される。

より高品質の針状コークス及びより低品質のコークスの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。 より高品質の針状コークス及びより低品質のコークスの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。 粗い黒鉛粒子構造及び細かい黒鉛粒子構造のＳＥＭ画像を示す図である。 例示的な炭素含有マトリックスを作る方法を示すフロー図である。 炭素含有マトリックスの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像を示す図である。 炭素含有マトリックスのナノ黒鉛プレートの追加のＴＥＭ画像を示す図である。 炭素含有マトリックスのナノ黒鉛プレートの追加のＴＥＭ画像を示す図である。 炭素含有マトリックスのＴＥＭ回析パターン及び画像を示す図である。 炭素含有マトリックスのＴＥＭ回析パターン及び画像を示す図である。 炭素含有マトリックスの細孔の内部に、金属ではない添加剤を配置する方法のフロー図である。 炭素含有マトリックスの細孔内部にシリコーングリースを配置する前及び後の、炭素含有マトリックスの顕微鏡使用写真を示す図である。 炭素含有マトリックスの細孔内部にシリコーングリースを配置する前及び後の、炭素含有マトリックスの顕微鏡使用写真を示す図である。 炭素含有マトリックスの細孔内部にシリコーングリースを配置する前及び後の、炭素含有マトリックスの顕微鏡使用写真を示す図である。 炭素添加複合材を活用し得る伝熱装置を示す図である。 炭素添加複合材を活用し得る伝熱装置を示す図である。 熱伝導性添加剤を含む重合体の応用を示す図である。 熱伝導性添加剤を含む重合体による伝熱を示す図である。

熱伝導性は、３つの主要な寄与部分、つまり電子、フォノン、及び磁気に基づいてよい。総熱伝導性（方程式１）は、各寄与項の合計として書くことができる。
k_total = k_electronic + k_phonon + k_magnetic （方程式１）

第１の寄与部分k_electronicは、物質間の電子−電子相互作用に起因する。電子−電子相互作用を介してエネルギー伝達は、結晶構造内部で共用される電子の直接的な効果である。第２の項k_phononは、フォノン結合に関係する。フォノンは、結晶構造内部の格子振動である。これらの格子振動は、物質を通して伝搬し、熱エネルギーを伝達する。規則正しい結晶格子構造を備えるきわめて正しく並べられた物質の方が、位置規則的物質又は非結晶性物質よりもより効率的にエネルギーを伝達する。熱伝導性に対する第３の寄与物k_magneticは、磁気相互作用に依存する。磁気相互作用を介したエネルギー伝達の増加は、整列した電子スピン及びその結果生じるスピン間の結合に起因することがある。

物質Ａ及び物質Ｂの複合材等の複合材の熱的特徴は、物質Ａのグレーンと物質Ｂのグレーンの間の界面の質及び性質によって影響を及ぼされることがある。特に、複合材を形成する界面の質は、フォノン結合、及び物質Ａと物質Ｂの間のグレーン間のフォノン伝搬の質、界面の性質を変更し、界面での熱インピーダンスの予想量を変更するＡ_xＢ_yの化合物の生成、並びに複合材の熱的特性だけではなく、最終的な機械的な強度にも影響を及ぼすことがあるＡ及びＢのグレーンの界面での付着強度によって影響を及ぼされることがある。

熱管理物質が、熱生成装置からの熱を消散するために使用されてよい。特に、装置によっては、特定量の熱にさらされると、適切に機能しない、又は破壊されることがあるものもある。したがって、熱管理物質は、コンピュータチップ、発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージ、太陽電池ボード、高負荷コンデンサ、及び高負荷半導体等の装置用のヒートシンク及びヒートスプレッダとして使用され得る。

高い熱伝導性を有するいくつかの熱管理物質は、高度の結晶秩序を有する炭素含有マトリックスから形成されている。炭素含有マトリックスは、高圧及び高温下で炭素質材料を圧縮することによって生成されてよい。炭素含有マトリックスは、高表面積を有する剛性且つ多孔性であってよい。炭素含有マトリックスの細孔サイズは、ミリメートルからナノメートルの範囲であってよい。炭素含有マトリックスは、高い熱伝導性を有することに加えて導電性であってもよい。

いくつかの場合、炭素含有マトリックスの細孔は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ及びＮｉ等の溶融金属を細孔の中に高圧で注入することによって充填されてもよい。結果として生じる炭素金属複合材は剛性である。さらに、細孔の中に注入される金属は、炭素含有マトリックスの炭素との良好な湿潤性を有さないことがある。したがって、炭素含有マトリックスと金属との間の界面は多くの破砕面を有し、砕けやすい炭素金属複合材を生じさせることがある。その結果、炭素金属複合材の実用性は、規則正しくなく、且つ平面的ではない表面に適合できる可撓性熱管理物質を必要とする用途に制限されている。さらに、炭素金属複合材は、炭素金属複合材にひびを入れることがある振動に熱管理物質をさらす用途に制限される。

本炭素添加複合材は、細孔の内の少なくとも一部の内部に、金属ではない添加剤が配置される多孔性炭素含有マトリックスを含む。本炭素添加複合材は、炭素含有マトリックスの細孔の内部に配置される添加剤の性質に基づき、物理的特性及び可撓性を改善している。例えば、いくつかの添加剤は、他以上に曲げ強さを強化し得る。さらに、炭素含有マトリックスの細孔の内部に配置される添加剤は、炭素添加複合材の熱的特性も改善し得る。本炭素添加複合材は、静電放電からのなんらかの保護を提供するだけではなく、無線周波数（ＲＦ）雑音の接地も実現する導電性であってもよい。

炭素含有マトリックスの細孔の内部に配置される先駆物質と、炭素含有マトリックスの炭素の間で化学反応が開始されてよい。いくつかの場合、化学物質は、炭素含有マトリックス及び先駆物質の圧力及び／又は温度を上げることによって開始してよい。特に、炭素含有マトリックスの細孔の内部に、金属ではない添加剤を配置するために、高圧含浸反応（ＨＰＩＲ）プロセスが使用されてよい。ＨＰＩＲプロセスの温度は、炭素含有マトリックスの細孔の中に金属を注入するために活用される温度よりも低い。したがって、炭素含有マトリックスの細孔を充填する費用が削減される。

さらに、低融点の先駆物質が活用され、炭素含有マトリックスに対する高められた親和力を有し、その結果添加剤／炭素界面でのフォノン結合及び伝搬の増加に起因し熱伝導性と高める、金属ではない所望される添加剤を生成してよい。さらに、炭素含有マトリックスの細孔は、低融点の先駆物質の化学反応から形成される、金属ではない、高融点の添加剤で充填されてよい。したがって、化学反応を介して炭素含有マトリックスの細孔内に添加剤を配置することによって、エネルギーが保全され、費用は削減される。これは、反応が添加剤の融点よりも低い温度で発生できるため、液体の形の添加剤で炭素含有マトリックスの細孔を充填するのとは異なる。

炭素含有マトリックスの黒鉛炭素は、産業用コークス生成物に基づいてよい。残留炭素は、天然源から、又は石炭業界及び石油業界においてのような精製プロセスから引き出すことができる。いくつかの例示的な実施形態では、石油生成物から派生するより高品質の針状コークスが、炭素含有マトリックスを形成するために活用されてよい。図１Ａは、図１Ｂに示されるより低品質のコークスと比較される、より高品質の針状コークスの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。また、ピッチ／タールが、おもに結合剤として機能するために針状コークスに添加されてもよく、２６００℃以上の温度、通常は、３２００℃から３６００℃の範囲内での加熱中に黒鉛炭素に変わる。未処理の黒鉛材料は、０．２ｍｍから２ｍｍの範囲の平均的なサイズの粗い黒鉛粒子及び細かい黒鉛粒子を含み得る。いくつかのケースでは、粒子の約１０％が、楕円状の形状を示す。図２は、「ａ」と表示される写真で粗い粒子構造の、楕円状の粒子が矢印で示される、「ｂ」と表示される写真で細かい粒子構造のＳＥＭ画像を示す。

図３は、炭素含有マトリックスを作る方法３００を示すフロー図である。３１０で、原材料がともに混合される。混合プロセス中、３つの原材料―石油コルク、ニードルコルク、タール（液体）又はその組み合わせ―が使用され得る。ニードルコルクは、炭素含有マトリックスの形状を制御し、最終的な炭素含有マトリックスの抵抗力を引き下げるために使用され得る。また、液体タールはカーボンブロックの形状を制御し、炭素含有マトリックスの細孔を充填するために使用されてもよい。異なる比率が使用されてよいが、石油コルク及びニードルコルクは砕かれ、約１０：１の割合で混合される。次に、混合物は約５００℃以上での焼成プロセスにさらされ、硫黄等の不純物を蒸発させる。次に、液体タールが混合物の中に添加される。また、ニードルコルクはよい高い炭素含有量、より低い硫黄含有量、より低い熱膨張係数、より高い熱伝導性を有し、石油コルクよりも容易に形成されるため、ニードルコルク及びタールは、石油コルクなしでも炭素含有マトリックスを作るために使用されてよい。

３２０で、方法３００は、炭素含有マトリックス内での熱消散の方向を決定することを含む。例えば、炭素含有マトリックスが押出プロセスを活用して製造されるときに、炭素含有マトリックスはＺ方向でより速く熱を消散し得る。別の例では、炭素含有マトリックスが高圧成形プレスを活用して製造されるときに、炭素含有マトリックスはＸＹ方向でより速く熱を消散し得る。ＸＹ方向に沿った熱消散が指定されると、方法３００は、５０ＭＰａよりも高い圧力で高圧整形プレス内に原材料を設置することによって、炭素含有マトリックスが形成される３３０に移動する。それ以外の場合、Ｚ方向に沿った熱消散が指定されると、次に方法３００は３４０に移動する。

３４０で、石油コルク、ニードルコルク、及び／又はタールの原材料の混合物が、押出プロセスの中に送り込まれ、炭素含有マトリックスを作るために活用される型の形状及びサイズに基づいてカーボンブロックを形成する。例示的な実施形態では、炭素型は、直径が約７００ｍｍで、長さが約２７００ｍｍ、少なくとも約１トンの重量を有する円筒形であってよい。ただし、型の寸法は、処理施設の能力に基づいて変更できる。押出プロセスは、５００℃から８００℃の温度範囲で実行され得る。混合物を１つのカラム形状に押し込むために活用される力は、約３０分間適用される約３５００トンである。いくつかの例では、押し出された炭素ブロックは、高圧成形プレスを使用して処理されてよい。次に、炭素ブロックは、ひび割れを防ぐために、冷却水槽に移され、冷却される。

３５０で、ブロックは焼成される。焼成プロセスは、高温でタールを炭化処理し、揮発成分を排除できる。いくつかの状況では、炭素ブロックは、冷却槽から炉に移送され、約１６００℃の温度で加熱される。炭素ブロックは、２日から３日の範囲の持続期間、焼成されてよい。焼成プロセスの後、炭素ブロックの表面は、より粗く、より多孔性となることがある。さらに、炭素ブロックの直径は、約１０ｍｍ減少することがある。

３６０で、３２００℃から３６００℃の範囲の温度で炭素ブロックを加熱することによって、黒鉛化が起こる。いくつかの実施形態では、黒鉛化は、約２６００℃で開始し、より高品質の黒鉛は約３２００℃で形成される。特に約３０００℃で、炭素ブロックの黒鉛プレートの積み重ねは平行になり、乱層構造の無秩序は減少する、又は排除される。いくつかの場合、加熱がより高圧で発生する場合、炭素ブロックはより低温に加熱され、結晶化した黒鉛を生成してよい。炭素ブロックは、約２-３日加熱されてよい。加熱プロセス中、硫黄及び炭素ブロックの揮発成分は、削減され得る、又は完全に排除され得る。

３７０で、炭素ブロックは検査され、所望される形状に機械加工される。例えば、生産の次の段階の前に、炭素ブロックの電気的特性が試験され、機械的な亀裂又は目視で識別可能な欠陥がチェックされる。試験後、炭素含有マトリックスは、次に炭素ブロックの用途に従って特定の形状に機械加工されてよい。

炭素含有マトリックスは、多様な形の炭素及び微量の他の物質を含んでよい。例えば、他素含有マトリックスは、黒鉛結晶性炭素材、炭素粉末、人造黒鉛粉末、炭素繊維、又はその組み合わせを含んでよい。炭素含有マトリックスブロックは、１．６ｇ／ｃｍ³から１．９ｇ／ｃｍ³の範囲の密度を有してよい。さらに、炭素ブロックの抵抗率は、４μΩｍから１０μΩｍの間の範囲であってよい。いくつかの例では、炭素含有マトリックスの抵抗率は約５μΩｍである。炭素ブロックのより低い抵抗率は、より高い熱伝導性を提供することもある、炭素含有マトリックスの黒鉛シートのより優れた整列を示すことがある。

図４は、炭素含有マトリックスの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像を示す。図４のＴＥＭ画像は、サイズが約１００ｎｍ未満の黒鉛プレートの積み重ねの形成を示す。図４は、約５０ｎｍの厚さを有する黒鉛プレートの具体的な例を示す。高熱伝導性の方向は、図４の矢印によって示される長い軸に沿っている。

図５Ａ及び図５Ｂは、炭素含有マトリックスの（「ＮＧＰ」と表示される）ナノ黒鉛プレートの追加のＴＥＭ画像を示す。プレートは、一般に押出の方向（図５Ａ）及びプレスプロセスの方向（図５Ｂ）に向けられている。ナノ黒鉛プレートの正しく並べられた積み重ねは、プレートの長い軸の方向で効率的な伝熱を促進し得る。図５Ａ及び図５Ｂは、炭素系粒子を使用する製造プロセスのアーチファクトである、（「ＮＶ」と表示される）ナノボイド及び（「ＮＳ」と表示される）ナノスリットも示す。図５Ａ及び図５Ｂは、約７０ｎｍの厚さを有するナノボイド及び約３０ｎｍの厚さを有するナノスリットを示す。

図６Ａ及び図６Ｂは、炭素含有マトリックスのＴＥＭ回折パターン及び画像を示す。図６ＡのＴＥＭ回折パターン及び図６ＢのＴＥＭ画像は、押出プロセスの間に形成される炭素含有マトリックスの結晶性及び黒鉛性質を示す。特に図６Ａは、電子が黒鉛材料の結晶格子と相互作用するときに生成される回折パターンを示す。図６Ｂは、黒鉛プレートの格子構造を示す。

図７は、金属ではない添加剤で、多くの細孔７０４を有する炭素含有マトリックス７０２を充填する方法７００のフロー図を示す。炭素含有マトリックス７０２は、ブロック、プレート、シート又は布として形成され得る。さらに、炭素含有マトリックス７０２は無定形であってよい。７０６で、炭素含有マトリックス７０２は清掃され、炭素含有マトリックス７０２の物理的特性及び熱的特性が測定される。例えば、炭素含有マトリックス７０２は、Ｎ₂吹付器で清掃されてよい。いくつかの場合、炭素含有マトリックス７０２は、図３の方法３００を介して生成される炭素含有マトリックスであってよい。

７０８で、炭素含有マトリックス７０２は、反応器プレスの型等の容器７１０内に入れられ、７１２で、添加先駆物質７１４が容器７１０に入れられる。添加先駆物質７１４は、固体、液体、又は気体であってよい。また、添加先駆物質７１４は、非金属であってもよい。例えば、添加先駆物質７１４は、シリコーン（例えば、シリコーングリース、シリコーンオイル）、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ナイロン、及びＳｉＨ₄ガスを含んでよい。

７１６で、圧力及び／又は熱の形をとるエネルギーが、添加先駆物質７１４及び炭素含有マトリックス７０２に適用される。例えば、金型７１８が、添加先駆物質７１４及び炭素含有マトリックス７０２に適用されてよい。添加先駆物質７１４及び炭素含有マトリックス７０２に適用される圧力は、０ｐｓｉから２２０００ｐｓｉに及んでよい。いくつかの例示的な実施形態では、添加先駆物質７１４が液体又は固体の重合体であるとき、添加先駆物質７１４及び炭素含有マトリックス７０２に適用される圧力は５００ｐｓｉを超えている。他の例示的な実施形態では、添加先駆物質７１４が気体であるとき、添加先駆物質７１４及び炭素含有マトリックスに適用される圧力は、部分的な真空等、５００ｐｓｉ未満であってよい。

さらに、金型７１８によって圧力が適用される時間は、５分から６０分に及んでよい。添加先駆物質７１４及び炭素含油マトリックス７０２に適用される温度は、８００℃から１０００℃に及んでよい。いくつかの例では、添加先駆物質７１４の反応性が、容器７１０内の添加先駆物質７１４及び炭素含有マトリックス７０２に適用される圧力及び／又は温度に影響を及ぼすことがある。例えば、添加先駆物質７１４が小さな鎖状重合体又は気体であるときにはより低い圧力及び／又は温度が適用されてよい。一方、添加先駆物質７１４が長鎖重合体又は固形であるときには、より高い圧力及び／又は温度が適用されてよい。

圧力及び／又は温度が、炭素含有マトリックス７０２及び添加先駆物質７１４の適用される一方、添加先駆物質７１４が、炭素含有マトリックス７０２の細孔７０４の内の少なくとも一部を充填してよい。さらに、化学反応が発生してよく、添加剤７２２等の１つ又は複数の添加最終生成物が、炭素含有マトリックス７０２の細孔７０４の内部で生成され、炭素添加複合材７２０を生成してよい。添加剤７２２は金属ではない。炭素含有マトリックス７０２の細孔７０４の少なくとも一部が、添加剤７２２で充填される。さらに、添加剤７２２を含む細孔７０４の容積は、添加剤７２２によって少なくとも部分的に充填されてよい。いくつかの場合、添加先駆物質７１４１の粘度が、細孔７０４の内部に配置される添加剤７２２の量に影響を及ぼすことがある。例えば、ＳｉＨ₄ガス又はシリコーンオイル等のより高い粘度を有する添加先駆物質７１４は、細孔７０４上に添加剤７２２の薄いコーティングを提供し、それによって細孔７０４に配置される添加剤７２２の量を制限してよい。エポキシ樹脂、ナイロン、及びシリコーングリース等のより高い粘度を有する他の添加先駆物質７１４は、細孔７０４のより大きな容積を充填してよい。さらに、圧力及び／又は温度が適用される時間量だけではなく、炭素含有マトリックス７０２及び添加先駆物質７１４に適用される圧力及び／又は温度も、細孔７０４の内部に配置される添加剤７２２の量に影響を及ぼすことがある。

添加先駆物質７１４がＳｉを含むとき、添加先駆物質７１４のＳｉが炭素含有マトリックス７０２のＣと反応すると、ＳｉＣが形成されてよい。特定の例では、参照して本明細素に組み込まれる、Ｖ. Ｇ. Ｐｏｌ、Ｓ.Ｖ. Ｐｏｌ、Ａ. Ｇｅｄａｎｋｅｎ、Ｓ.Ｈ. Ｌｉｍ、Ｚ. Ｚｈｏｎｇ、及びＪ. Ｌｉｎによる「Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｏｉｌ ｔｏ Ｐｒｏｄｕｃｅ Ｈｉｇｈ Ｙｉｅｌｄ Ｈｉｇｈ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ Ｓｉｃ Ｎａｎｏｒｏｄｓ」、Ｊ. Ｐｈｙｓ. Ｃｈｅｍ. Ｂ ２００６、１１０、１１２３７−１２２４０に説明されるように、シリコーンオイルは、次に示す反応に従って炭素と反応する。

このようにして、ＳｉＣは、炭素含有マトリックス７０２の細孔７０４の内部に形成されてよい。ＳｉＣは、炭素含有マトリックス７０２の炭素との良好な親和力を有する。したがって、ＳｉＣと、炭素添加複合材７２０の可撓性及び強度を改善することになる炭素含有マトリックス７０２の間に良好な界面が生じる。特に、炭素含有マトリックス７０２の曲げ強さと比較されると、炭素添加複合材７２０の曲げ強さは、２０％から２７５％の範囲の間で増してよい。さらに、フォノン結合及び細孔７０４を通る伝熱も、ＳｉＣと炭素含有マトリックス７０２の間の界面のために増加してもよい。したがって、炭素添加複合材７２０の熱伝導性は高まってよい。例えば、炭素添加複合材７２０の熱伝導性は、炭素含有マトリックス７０２の熱伝導性と比較されると５％と３０％の範囲の間で高まってよい。

７２４で、炭素添加複合剤７２０は清掃され、硬化される。例えば、過剰な添加先駆物質７１４がアルコールワイパで拭き取られてよく、炭素添加複合材７２０は空気で乾燥されてよい。次に、炭素添加複合材７２０は、１時間から６時間の範囲の間の持続時間、１００℃から１８５℃の範囲の温度で硬化されてよい。７２６で、炭素添加複合材７２０の特性が測定される。例えば、曲げ強さは、３点曲げ方法によって測定されてよい。さらに、熱伝導性は、ＡＳＴＭ Ｅ１４６１等のレーザフラッシュ分析（ＬＦＡ）方法によって測定されてよい。

方法７００は、炭素含有マトリックス７０２の細孔７０４を、金属ではない添加剤７２２で充填することを説明しているが、他の物質も、高圧含浸反応（ＨＰＩＲ）を介して等、化学反応を介して炭素含有マトリックス７０２の細孔７０４の内部に配置されてよい。例えば、金属（Ｌｉ、Ｂ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｇａ等）、合金（Ｃｕ−Ｚｎ、Ａｌ−Ｚｎ、Ｌｉ−Ｐｄ Ａｌ−Ｍｇ、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ等）、化合物（ＩＴＯ、ＳｎＯ₂、ＮａＣｌ、ＭｇＯ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＧａＮ、ＺｎＯ、ＺｎＳ等）、及び半導体超格子又は量子ドット（ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＮＡｓ、ＧａＡｓＰ等）が、炭素含有マトリックス７０２の細孔７０４内に形成されてよい。

図８Ａ〜図８Ｃは、炭素含有マトリックスの細孔の内部にシリコーングリースを配置する前及び後の炭素含有マトリックスの顕微鏡使用写真を示す。特に、図８Ａは、炭素含有マトリックスの充填されていない細孔を示す。充填されていない細孔のいくつかは、白の矢印で示される。図８Ｂは、シリコーングリースで充填された炭素含有マトリックスの細孔を示す。充填された細孔のいくつかは、白の矢印で示される。さらに、図８Ｃは、硬化後にシリコーングリースで充填された炭素含有マトリックスの細孔を示す。充填された細孔のいくつかは、白い矢印で示される。

図９Ａ及び図９Ｂは、金属ではない添加剤で充填された炭素含有マトリックスを活用してよい伝熱装置を示す。一例では、炭素添加複合材が、図９Ａに示されるヒートスプレッダ９１０等のヒートスプレッダとして活用されてよい。特に、炭素添加複合材は、基板９３０に結合されるコンピュータチップ９２０からの熱を消散するヒートスプレッダ９１０の中に機械加工されてよい。さらに、炭素添加複合材は、発光ダイオード（ＬＥＤ）に結合されるヒートスプレッダとして使用されてもよい。図９Ｂに示される別の例では、炭素添加複合材９４０は、絶縁層９７０を介して絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等のコンピュータチップ９６０に結合されるヒートシンク９５０に結合されてよい。

図１０は、熱伝導性添加剤１００４を含む重合体１００２の応用を示す。特に、１００６で、熱伝導性添加剤１００４は、重合体１００２と混合される。熱伝導性添加剤１００４の量は、重合体１００２が依然として著作権侵害用途の要件を全うするほど十分な付着力及び弁証法的な強さを保つことができることを保証する限度を超えてはならない。重合体１００２は、シリコーン系の重合体であってよい。さらに、重合体１００２は、Ａ型秤での約５とＡ型秤での約１００の間のショアデュロメータを有してよい。

熱伝導性添加剤１００４は、有機物質又は無機物質であってよい。有機熱伝導性添加剤１００４は、黒鉛微粒子、カーボンナノチューブ、グラフェンシート、Ｃ₆₀（バックミンスターフラーレン）、及びその組み合わせを含む。さらに、無機熱伝導性添加剤１００４は、ナノ微粒子金属、炭素被覆ナノ微粒子金属、Ｓｉ被覆ナノ微粒子金属、微粒子金属酸化物、微粒子金属窒化物、微粒子金属炭化物、又はその組み合わせを含む。また、熱伝導性添加剤１００４は、Ｃ−Ａｌ複合材又はＣ−Ａｌ−Ｓｉ複合材等の炭素金属複合材からの細粉又は簿片も含んでよい。いくつかの場合、Ｃ−Ａｌ複合材及びＣ−Ａｌ−Ｓｉ複合材は、Ａｌ又はＳｉを含むＡｌ合金とともに多孔性の炭素含有マトリックスを注入することによって形成されてよい。

熱伝導性添加剤１００４は、重合体１００２の熱伝導性を高める。いくつかの場合、熱伝導性添加剤１００４は、重合体１００２の機械的な強度も改善する。重合体１００２と混合される熱伝導性添加剤１００４の種類及び量は、熱伝導性添加剤１００４が添加された後、重合体１００４の所望される熱伝導性に依存してよい。熱伝導性添加剤１００４を含む重合体１００２は、本明細書では「熱的に強化された重合体」１０１０と呼ばれることがある。

熱的に強化された重合体１０１０は、多岐に渡る用途で使用され得る。例えば、１００８で、熱的に強化された重合体１０１０は、型１０１２に入れられてよい。熱的に強化された重合体１０１０は、射出成形、注型成形、加圧成形、加圧射出成形、又はその組み合わせを介して特定の形状に成形されてよい。いくつかの場合、熱的に強化された重合体１０１０は、コンピュータチップ用の蓋に成形されてよい。

１０１４で、熱的に強化された重合体１０１０は、型から外され、熱的に強化された重合体１０１０の組成に応じた適切な条件下で硬化されてよい。例えば、指定された機能時間量の間、熱的に強化された重合体１０１０に熱が適用されてよい。さらに、熱的に強化された重合体１０１０は、紫外線放射に対する露光を介して硬化されてよい。

１０１６で、熱的に強化された重合体１０１０は、接着剤として使用され、基板１０１８に適用される。このようにして、コンピュータチップ等の装置１０２０は、熱的に強化された重合体１０１０上に設置され、基板１０１８と接合される。次に、熱的に強化された重合体１０１０は、装置１０２０から離れて基板１０１８への伝熱を支援するために、熱管理物質として働いてよい。

さらに、１０２２で、熱的に強化された重合体１０１０は、装置１０２０及び基板１０１８に対するコーティングとして塗布される。コーティングとして塗布されるとき、熱的に強化された重合体１０１０は、装置１０２０から離して熱を拡散し得る。

１０２４で、熱的に強化された重合体１０１０は、容器１０２０の中に入れられる。さらに、基板１０１８及び装置１０２０が容器１０２６の中に入れられてよい。炭素含有マトリックス１０２８も、容器１０２６の中に入れられてよい。いくつかの場合、炭素含有マトリックス１０２８は充填されていない細孔を含むことがある。一方、他の場合、炭素含有マトリックス１０２８は、充填された、又は部分的に充填された細孔を含むことがある。炭素含有マトリックス１０２８は、基板１０１８と装置１０２０の間に位置決めされてよい。

１０２０で、圧力及び／又は熱が、熱的に強化された重合体１０１０、基板１０１８、装置１０２０、及び炭素含有マトリックス１０２８に適用される。適用される圧力の量は、５００ｐｓｉから１１，０００ｐｓｉの範囲内でよい。さらに、適用される温度は、８００℃から１０００℃の範囲内でよい。圧力及び／又は温度が、熱的に強化された重合体１０１０、基板１０１８、装置１０２０、及び炭素含有マトリックス１０２８に適用されるので、熱的に強化された重合体１０１０は、炭素含有マトリックス１０２８と基板１０１８の間、及び炭素含有マトリックス１０２８と装置１０２０の間で配置されるようになってよい。したがって、熱的に強化された重合体１０１０は、基板１０１８、装置１０２０、及び炭素含有マトリックス１０２８を結び付けるための接着剤となってよい。熱的に強化された重合体１０１０は、装置１０２０から離れる伝熱を容易にするために、基板１０１０、装置１０２０、及び炭素含有マトリックス１０２８に対するコーティングも提供してよい。

さらに、熱的に強化された重合体１０１０は、炭素含有マトリックス１０２０の細孔の内部に配置されてよい。いくつかの場合、熱的に強化された重合体１０１０は、炭素含有マトリックス１０２８の炭素と反応し、炭素含有マトリックス１０２８の細孔内部に１つ又は複数の最終生成物を形成する先駆物質であってよい。例えば、圧力及び／又は温度が基板１０１８、装置１０２０、炭素含有マトリックス１０２８、及び熱的に強化された重合体１０１０に適用されると、高圧含浸反応が起こることがある。熱的に強化された重合体１０１０がＳｉを含むとき、最終生成物はＳｉＣを含んでよい。

炭素含有マトリックス１０２８と基板１０１８と炭素含有マトリックス１０２８と装置１０２０の間の接着剤として熱的に強化された重合体１０１０を利用することによって、装置１０２０から離れる伝熱が改善され得る。炭素含有マトリックス１０２８の細孔を、熱的に強化された重合体１０１０で充填することによって、炭素含有マトリックス１０２８の熱的伝導性だけではなく、強度及び可撓性も高められてよい。

１０３２で、熱的に強化された重合体１０１０、基板１０１８、装置１０２０、及び炭素含有マトリックス１０２８は、約１００℃と２００℃の間の温度で硬化され、熱管理システム１０３４を生成する。

図１１は、熱伝導性添加剤１１０４を含む重合体１１０２を通した伝熱を示す。特に、重合体１１０２は、熱生成装置１１０６と基板１１０８の間に配置される。熱生成装置１１０６は、コンピュータチップ等の電子機器であってよい。

図１１の矢印１１１０〜１１１４は、熱生成装置１１０６から基板１１０８への熱の流れを示す。矢印１１１０〜１１１４の太さは、伝熱のより多くの量を表す。図１１から分かるように、重合体１１０２を通る熱の流れは、熱伝導性添加剤１１０４が熱の経路内にあるときにより大きくなる。特に、熱伝導性添加剤１１０４は、重合体１１０２よりも高い熱伝導性を有するため、熱伝導性添加剤１１０４は、熱生成装置１１０６から基板１１０８への伝熱を改善する。

図１１の例示的な例では、矢印１１１０〜１１１４の太さは、矢印が、装置１１０６から基板１１０８へ、重合体１１０２を通して進むにつれて減少し、装置１１０６から基板１１０８への伝熱がより少ないことを示す。矢印１１１０及び１１１４は、熱的伝導性添加剤１１０４と接触する熱を示す。一方、矢印１１１２は、重合体１１０２だけしか通らないで移動する熱を示す。したがって、矢印１１１０及び１１１４は、矢印１１１２よりも、装置１１０６から基板１１０８へのより大きい伝熱を示す。

いくつかの場合、熱伝導性添加剤１１０４と重合体の間の界面の性質が、装置１１０６から基板１１０８への伝熱に影響を及ぼすことがある。例えば、重合体１１０４はシリコーン重合体であり、熱伝導性添加剤１１０４が炭素を含むとき、ＳｉＣ界面が重合体１１０２と熱伝導性添加剤１１０４の間に生じることがある。ＳｉＣ界面は、熱伝導性添加剤１１０４を通るより多くの量の伝熱を可能にする高い熱伝導性を有する。別の例では、重合体１１０２は、シリコーン重合体であってよく、熱伝導性添加剤１１０４は金属であってよい。金属熱伝導性添加剤１１０４は、多くの場合、炭素系の熱伝導性添加剤１１０４と比べると、シリコーン重合体とのより低い親和力を有する。したがって、金属熱伝導性添加剤１１０４とシリコン重合体１１０２の間の界面は、重合体１１０２と熱伝導性添加剤１１０４の間の伝熱を中断させ、熱伝導性添加剤１１０４を通る伝熱を減少することがある。いくつかの例では、金属熱伝導性添加剤１１０４に炭素系のコーティングを塗布することが、重合体１１０２と金属熱伝導性添加剤１１０４の間の界面を改善してよい。

方法７００に従って、金属ではない添加剤を炭素含有マトリックスの細孔に配置するいくつかの例が、以下に示される。

（実施例１）

薄板として形成されたＰＯＣＯ高温炭素（ＨＴＣ）炭素含有マトリックスが、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ３‐６７５１シリコーングリースとともに高圧型に入れられた。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックスは、約０．９ｇ／ｃｍ³の密度、約６１％の総多孔率、約５７．９％の開放細孔多孔率、約２４５Ｗ／ｍＫのｚ方向の熱伝導性、及び約７０Ｗ／ｍＫのｘ／ｙ方向の熱伝導性を有していた。Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ３‐６７５１シリコーングリースは、約２．３ｇ／ｃｍ³の密度、約１００００ｃｐの粘度、及び約１．１Ｗ／ｍＫの熱伝導性を有していた。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックスの試料は、Ｎ₂吹付器で清掃され、初期重量が測定された。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリクス及びＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ３‐６７５１シリコーングリースは高圧型の中に入れられ、約２２０００ｐｓｉの圧力が、５分から６０分の範囲の持続時間の間にさまざまな試料に多様な回数、適用された。圧力が解かれた後、試料はアルコールワイパで拭き取られ、空気で乾燥された。試料重量が測定され、次に試料は約１時間約１００℃で硬化された。硬化後の試料重量が測定された。プロセス条件及び炭素含有マトリックス及び炭素添加剤の特性の測定値が、表１に示される。

（実施例２）
薄板として形成されたＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックスが、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ３‐６７５１シリコーングリースとともに高圧型の中に入れられた。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックスは、約０．９ｇ／ｃｍ³の密度、約６１％の総多孔率、約５７．９％の開放細孔多孔率、約２４５Ｗ／ｍＫのｚ方向の熱伝導性、及び約７０Ｗ／ｍＫのｘ／ｙ方向の熱伝導性を有していた。Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ３‐６７５１シリコーングリースは、約２．３ｇ／ｃｍ³の密度、約１００００ｃｐの粘度、及び約１．１Ｗ／ｍＫの熱伝導性を有していた。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックスの試料は、Ｎ₂吹付器で清掃され、初期重量が測定された。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックス及びＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ３‐６７５１シリコーングリースは高圧型に入れられ、０ｐｓｉから２２０００ｐｓｉの範囲の間の変化する圧力が、約１５分間、さまざまな試料に適用された。圧力が解かれた後、試料はアルコールワイパで拭き取られ、空気で乾燥された。試料重量が測定され、次に試料は約１時間約１００℃で硬化された。次に、硬化後の試料重量が測定された。プロセス条件及び炭素含有マトリックス及び炭素添加複合材の特性の測定値が、表２に示される。

（実施例３）
薄板として形成されたＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックスが、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ３‐６７５１シリコーングリースとともに高圧型の中に入れられた。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックスは約０．９ｇ／ｃｍ³の密度、約６１％の総多孔率、約５７．９％の開放細孔多孔率、約２４５Ｗ／ｍＫのｚ方向の熱伝導性、及び約７０Ｗ／ｍＫのｘ／ｙ方向の熱伝導性を有していた。Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ３‐６７５１シリコーングリースは、約２．３ｇ／ｃｍ³の密度、約１００００ｃｐの粘度、及び約１．１Ｗ／ｍＫの熱伝導性を有していた。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックスの試料は、Ｎ₂吹付器で清掃され、初期重量が測定された。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックス及びＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ３‐６７５１シリコーングリースが、高圧型の中に入れられ、約５５０ｐｓｉの圧力が約１５分間適用された。圧力が解かれた後、試料はアルコールワイパで拭き取られ、空気で乾燥された。試料重量が測定され、次に試料は約１時間約１００℃で硬化された。次に硬化後の試料重量が測定された。炭素含有マトリックス及び炭素添加剤複合材の特性の測定値が表３に示される。

（実施例４）
薄板として形成されたＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックスが、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ３‐６７５１シリコーングリースとともに高圧型に入れられた。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックスは、約０．９ｇ／ｃｍ³の密度、約６１％の総多孔率、約５７．９％の開放細孔多孔率、約２４５Ｗ／ｍＫのｚ方向の熱伝導性、及び約７０Ｗ／ｍＫのｘ／ｙ方向の熱伝導性を有していた。Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ３‐６７５１シリコーングリースは、約２．３ｇ／ｃｍ³の密度、約１００００ｃｐの粘度、及び約１．１Ｗ／ｍＫの熱伝導性を有していた。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックスの試料はＮ₂吹付器で清掃され、初期重量が測定された。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックス及びＤｏｗｎ Ｃｏｒｎｉｎｇ ３‐６７５１シリコーングリースは高圧型の中に入れられ、約５５０ｐｓｉの圧力が約１５分適用された。圧力が解かれた後、試料はアルコールワイパで拭き取られ、空気で乾燥された。試料重量が測定され、次に試料は約１時間約１００℃で硬化された。試料重量が測定され、曲げ強さが３点曲げ方法で試験された。Ｄｏｗｎ Ｃｏｒｎｉｎｇ ３‐６７５１シリコーングリースで含浸されなかったむき出しの炭素ブロックも、３点曲げ方法で測定される。試料の熱伝導性は、ＡＳＴＭ Ｅ１４６１フラッシュ方法によって試験された。炭素含有マトリックス及び単相添加複合材の特性の測定値が、表４及び表５に示される。

(実施例５）
薄板として形成されたＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックスは、Ｍａｓｔｅｒ Ｂｏｎｄ ＥＰ１１２エポキシ樹脂とともに高圧型に入れられた。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックスは、約０．９ｇ／ｃｍ³の密度、約６１％の総多孔率、約５７．９％の開放細孔多孔率、約２４５Ｗ／ｍＫのｚ方向の熱伝導性、及び約７０Ｗ／ｍＫのｘ／ｙ方向の熱伝導性を有していた。Ｍａｓｔｅｒ Ｂｏｎｄ ＥＰ１１２エポキシ樹脂は、約１．０ｇ／ｃｍ³の密度、及び約３００から４００ｃｐの粘度を有していた。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックスの試料は、Ｎ₂吹付器で清掃され、初期重量が測定された。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックス及びＭａｓｔｅｒ Ｂｏｎｄ ＥＰ１１２エポキシ樹脂は、高圧型に入れられ、約５５０ｐｓｉの圧力が、約１５分間適用された。圧力が解かれた後、試料はアルコールワイパで拭き取られ、空気で乾燥された。試料重量が測定され、次に試料は、約６時間約１８５℃で硬化された。試料重量が測定され、曲げ強さが３点曲げ方法によって試験され、熱伝導性がＡＳＴＭ Ｅ１４６１フラッシュ方法によって測定された。炭素含有マトリックス及び炭素添加剤複合材の特性の測定値が、表６、表７、及び表８に示される。

（実施例６）
薄板として形成されたＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックスは、Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｓｅａｌｅｒとともに高圧型に入れられた。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックスは、約０．９ｇ／ｃｍ³の密度、約６１％の総多孔率、約５７．９％の開放細孔多孔率、約２４５Ｗ／ｍＫのｚ方向の熱伝導性、及び約７０Ｗ／ｍＫのｘ／ｙ方向の熱伝導性を有していた。Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｓｅａｌｅｒは、約１．０ｇ／ｃｍ³の密度を有していた。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックスの試料は、Ｎ₂吹付器で清掃され、初期重量が測定された。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックス及びＳｉｌｉｃｏｎｅ Ｓｅａｌｅｒは、高圧型に入れられ、約５５０ｐｓｉの圧力が約１５分間適用された。１つの例の場合、圧力は２７５０ｐｓｉであった。圧力が解かれた後、試料はアルコールワイパで拭き取られ、空気で乾燥された。試料重量が測定され、次に試料が約６時間約１００℃で硬化された。試料重量が測定され、曲げ強さが３点曲げ方法で試験された。炭素含有マトリックス及び炭素添加複合材の特性の測定値は、表９及び表１０に示される。

（実施例７）
薄板として形成されるＰＯＣＨ ＨＴＣ炭素含有マトリックスは、Ｎｙｌｏｎ １１とともに高圧型に入れられた。ＰＯＣＯＨＴＣ炭素含有マトリックスは、約０．９ｇ／ｃｍ³の密度、約６１％の総多孔率、約５７．９％の開放細孔多孔率、約２４５Ｗ／ｍＫのｚ方向の熱伝導性、及び約７０Ｗ／ｍＫのｘ／ｙ方向の熱伝導性を有していた。Ｎｙｌｏｎ １１は、約１．０ｇ／ｃｍ³の密度を有していた。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックスの試料はＮ₂吹付器で清掃され、初期重量が測定された。ＰＯＣＯ ＨＴＣ炭素含有マトリックス及びＮｙｌｏｎ １１は、高圧型に入れられ、約５５０ｐｓｉの圧力が、約１５分間、約２６０℃の温度で適用された。圧力が解かれた後、試料はアルコールワイパで拭き取られ、空気で乾燥された。試料重量が測定され、３点曲げ方法で曲げ強さが試験された。炭素含有マトリックス及び炭素添加複合材の特性の測定値が、表１１及び表１２に示される。

Claims (20)

1. 複数の細孔を備える炭素含有マトリックスと、
   前記複数の細孔の内の少なくとも一部の内部に配置される金属ではない添加剤と、
   を含むことを特徴とする物質の組成物。
2. 前記炭素含有マトリックスが、黒鉛結晶性炭素材、炭素粉末、人造黒鉛粉末、炭素繊維、及びその組み合わせからなるグループから選択される少なくとも一種類の炭素材から形成される、請求項１に記載の物質の組成物。
3. 前記添加剤がＳｉ含有添加剤である、請求項１に記載の物質の組成物。
4. ３．５０ＭＰａから１０．００ＭＰａの範囲内の曲げ強さを有する、請求項１に記載の物質の組成物。
5. 前記添加剤が、前記複数の細孔の内の少なくとも一部の内部でコーティングとして配置される、請求項１に記載の物質の組成物。
6. ５％から９０％の範囲の開放細孔充填率を有する、請求項１に記載の物質の組成物。
7. 前記添加剤が高圧含浸反応によって形成される、請求項１に記載の物質の組成物。
8. １つ又は複数の熱伝導性添加剤をさらに含む、請求項１に記載の物質の組成物。
9. 前記熱伝導性添加剤が、カーボンナノチューブ、ナノ微粒子金属、炭素被覆ナノ微粒子金属、Ｓｉ被覆ナノ微粒子金属、微粒子金属酸化物、微粒子金属窒化物、微粒子金属炭化物、微粒子黒鉛、グラフェンシート、Ｃ₆₀、炭素金属複合材細粉、及びその組み合わせからなるグループから選択される、請求項１に記載の物質の組成物。
10. 約６５Ｗ／ｍＫよりも大きいｘ方向の熱伝導性、約７０Ｗ／ｍＫよりも大きいｙ方向の熱伝導性、及び約２７５Ｗ／ｍＫよりも大きいｚ方向の熱伝導性を有するプレートに形成される、請求項１に記載の物質の組成物。
11. １．２０ｇ／ｃｍ³から１．９０ｇ／ｃｍ³の範囲の、硬化後の質量密度を有する、請求項１に記載の物質の組成物。
12. 硬化後の添加剤の体積比が、３％から５０％の範囲内である、請求項１に記載の物質の組成物。
13. 硬化後の添加剤の重量比が、５％から６０％の範囲内である、請求項１に記載の物質の組成物。
14. 請求項１に記載の物質の前記組成物を作る方法であって、
    前記炭素含有マトリックス及び添加剤先駆物質を提供するステップであって、
    前記添加剤先駆物質が、シリコーン重合体、シリコーンオイル、シリコーングリース、ナイロン、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ＳｉＨ₄ガス、及びその組み合わせからなるグループから選択される、添加剤先駆物質を提供するステップと、
    前記炭素含有マトリックスの前記複数の細孔の内の前記少なくとも一部の内部に配置される、金属ではない前記添加剤を形成するために、前記炭素と前記添加剤先駆物質の間の反応を開始するステップと、
    を含む、ことを特徴とする方法。
15. 前記反応が、前記炭素含有マトリックス及び前記添加先駆物質を、１５分から６０分の範囲の持続時間の間、約５００ｐｓｉよりも大きい圧力まで加圧することによって開始される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記反応が、前記炭素含有マトリックス及び前記添加先駆物質を、８００℃から１０００℃の範囲の温度まで加熱することによって開始される、請求項１４に記載の方法。
17. 前記添加先駆物質が、３００から１０，０００ｃｐの範囲内の粘度を有する、請求項１４に記載の方法。
18. １時間から６時間の範囲内の持続時間の間、１００℃から１８５℃の範囲内の温度で、請求項１に記載の物質の前記組成物を硬化することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
19. 請求項１に記載の物質の前記組成物を、伝熱装置の中に機械加工することによって形成されることを特徴とする製造品。
20. 複数の細孔を含む炭素含有マトリックス、及び添加先駆物質を提供するステップであって、
    前記炭素含有マトリックスが、黒鉛結晶性炭素材、炭素粉末、人造黒鉛粉末、炭素繊維、又はその組み合わせからなるグループから選択される１つ又は複数の物質、並びにシリコーン重合体、シリコーンオイル、シリコーングリース、ＳｉＨ₄ガス及びその組み合わせからなるグループから選択される前記添加先駆物質を含む、ステップと、
    前記複数の細孔の内の少なくとも一部の内部で、金属ではない添加剤を形成するために、前記炭素及び前記添加先駆物質を反応させるステップであって、
    前記添加剤が、Ｃ、ＳｉＣ、Ｓｉ、及びその組み合わせからなる前記グループから選択される１つ又は複数の物質を含む、ステップと、
    を含む方法によって形成されることを特徴とする物質の組成物。