Forskning Fremskridt af Graphene termisk ledende materialer
1. Forskningsstatus for grafen termisk film
Graphene er en kulstofholdig ringstruktur med seks medlemmer med sp2 hybridstruktur, og forskellige fysiske og kemiske egenskaber er meget stabile. Sammenlignet med traditionelle metalmaterialer som kobber og aluminium har grafen en højere termisk ledningsevne i flyet. På grund af sin specielle struktur har grafen lavere densitet, god termisk stabilitet, ultrahøj elektrisk ledningsevne, fremragende lystransmission og bedre mekaniske egenskaber. Graphene er et ideelt valg som tilsætningsstofkomponent af termisk ledende materialer. Samtidig kan grafenfilmen bruges som en køleplade i elektroniske komponenter, fastgjort til overfladen af elektroniske komponenter, der er nemme at generere varme, og jævnt spreder den varme, der genereres af varmekilden. Blandt dem er den højeste termiske ledningsevne og bedste varmeafledningseffekt den kunstige grafit termiske ledende film opnået fra polyimidfilm gennem grafitiseringsproces. Den termiske ledningsevne i flyets retning kan nå 700 ~ 1950W ∙ m-1∙K-1, og tykkelsen er 10 ~ 100 μm, med god termisk ledningsevne.
Wang Wen et al. tilføjede grafen nanoark til polypropylen, hvilket kan øge sin termiske ledningsevne med så meget som 14 gange. Chen et al. sammensatte grafen og nanocellulose gennem vakuumfiltrering, hvilket i høj grad forbedrede den termiske ledningsevne og mekaniske egenskaber af grafen / cellulose nanofiber kompositfilmen. Song et al. kombineret grafen og nanocellulose i en cellulose / reduceret grafenoxid hybrid film gennem lag-for-lag selvmontering, der viser en højt bestilt lagdelt struktur. Kombinationen af matrixen og grafen bruger imidlertid meget energi og kan ikke opnå storstilet produktion.
I denne sammenhæng har undersøgelsen af høj termisk ledningsevnegrafenfilm to vigtige betydninger. Den ene er, at industrien på grund af de høje omkostninger ved kunstige grafitfilm og vanskeligheden ved at forberede polyimidfilm af høj kvalitet håber, at høj termisk ledningsevnegrafenfilm kan bruges som alternativ plan. For det andet kræver nye varmeafledningsløsninger på grund af den stigende efterspørgsel efter varmeafledning i elektroniske produkter ikke kun høj termisk ledningsevne af den termisk ledende film, men også en vis tykkelse af den termisk ledende film for at øge varmeledningsstrøm i flyets retning. I den kunstige grafitfilm har den grafitede polyimidiserede polyimidiske film kun højere termisk ledningsevne, når tykkelsen er lille. Den grafen termiske film er let at blive gjort til en tyk termisk film (~ 100 μm), som har gode anvendelsesmuligheder i det termiske styringssystem af nye elektroniske enheder.
2.Teknisk forskning i grafenfilmtykkelse
Forberedelsen af tykkere grafen termisk ledende film er i øjeblikket et varmt forskningsemne. Teoretisk set, for at øge tykkelsen af grafen film, kun en tykkere grafenoxid film kan anvendes. Der er dog følgende problemer i den faktiske drift: (1) Kvaliteten af den tykke film dannet af knivbelægning er ikke høj. På grund af den lave koncentration af grafenoxid dispersion (mindre end 10%), resten af grafenoxid er vand, som kræver lang tid at fordampe. Grafenoxidflagerne interagerer med vandmolekyler gennem hydrogenbindinger, og vandmolekylerne undslipper, når de fordamper, så grafenoxidflagerne danner krydsforbindelser gennem hydrogenbindinger og danner en "mælkehud"-lignende film på overfladen. Denne tynde film bremser fordampningen af vand inde i grafenoxid dispersion, og forårsager grafenoxid ark til at have inkonsekvent orientering, hvilket reducerer kvaliteten af filmen.
(2) Det er vanskeligt at opnå en tyk film gennem en et-trins metode. På grund af den lave koncentration af grafenoxid dispersion, er det umuligt at forberede en grafenoxid film med en tykkelse på ~ 100μm ad gangen, uanset metoder såsom kniv belægning, spin belægning eller sprøjtning. Luo et al. fandt, at grafenoxidfilmen stadig kan bindes til hinanden under tilstanden af deioniseret vandinfiltration efter at være blevet fordampet til tørhed. Dette fænomen opstår, fordi grafenoxidlagene er forbundet med hinanden gennem hydrogenbindinger under vand. Så grafenoxidfilmen kan indsættes som papir. Zhang et al. brugte en lignende metode til at svulme den forberedte grafenoxidfilm i vand og indsætte den lag for lag. Efter tørring, varm presning, grafitisering og koldpresning blev der opnået en ultratykke grafenfilm med en tykkelse på 200 μm. Det er 1224 W∙m-1∙K-1, og varmeafledningseffekten målt af det infrarøde kamera er bedre end kobber, aluminium og tyndlagsgrafen termisk film. På nuværende tidspunkt er der relativt få undersøgelser af forberedelsen af 100-mikron tykke høj termiske ledningsevnegrafen film. Ud over hævelse og limning kan overlapningen af grafenoxidfilm også opnås ved hjælp af metoder som elvarme og metalionbinding. Graphene film med mikron tykkelse og høj termisk ledningsevne giver nye ideer.
3. Outlook
Med udviklingen af storstilet grafenforberedelsesteknologi kan den termiske ledningsevne af den meget termisk ledende grafenfilm, der er fremstillet på basis af grafenoxidmetoden, nå 2000W∙m-1∙K-1. Den termiske ledningsevne af den høje termiske ledningsevnegrafenfilm svarer til den grafitiserede polyimidfilm af høj kvalitet til industrielle anvendelser, og den har lavere omkostninger og bedre tykkelseskontrol. Samtidig er grafen, som et todimensionelt termisk ledende fyldstof, let at konstruere et tredimensionelt termisk ledende netværk i en polymermatrix og har gode anvendelsesudsigter i termiske grænsefladematerialer. Ved at forbedre spredningen af grafen i polymermatrixen og opbygge et tredimensionelt grafen termisk ledningsevnenetværk er den termiske ledningsevne af grafenfyldte termiske grænsefladekompositter flere gange højere end polymerernes, og fyldforholdet er lavere end for traditionelle termiske ledende fyldstoffer. Graphene, hvad enten den anvendes som en selvbærende termisk ledende film eller som et termisk ledende fyldstof til termiske grænsefladematerialer, vil spille en vigtig rolle i den næste generation af elektroniske komponentvarmeafledningsapplikationer.
