Forskningsfremdrift av grafiske termiske ledende materialer
1. Forskningsstatus for grafen termisk film
Graphene er en karbonholdig seks-medlem ringstruktur med sp2 hybridstruktur, og ulike fysiske og kjemiske egenskaper er svært stabile. Sammenlignet med tradisjonelle metallmaterialer som kobber og aluminium, har grafen en høyere termisk ledningsevne i flyet. På grunn av sin spesielle struktur har grafen lavere tetthet, god termisk stabilitet, ultrahøy elektrisk ledningsevne, utmerket lysoverføring og bedre mekaniske egenskaper. Grafen er et ideelt valg som en additiv komponent av termisk ledende materialer. Samtidig kan grafenfilmen brukes som kjøleribbe i elektroniske komponenter, festet til overflaten av elektroniske komponenter som er enkle å generere varme, og jevnt sprer varmen som genereres av varmekilden. Blant dem er den høyeste termiske ledningsevnen og den beste varmespredningseffekten den kunstige grafitt termiske ledende filmen hentet fra polyimidfilm gjennom grafitiseringsprosess. Den termiske ledningsevnen i planretningen kan nå 700 ~ 1950W∙m-1∙K-1, og tykkelsen er 10 ~ 100 μm, med god termisk ledningsevne.
Wang Wen et al. la grafen nanoark til polypropylen, noe som kan øke den termiske ledningsevnen med så mye som 14 ganger. Chen et al. sammensatt grafen og nanocellulose gjennom vakuumfiltrering, noe som i stor grad forbedret termisk ledningsevne og mekaniske egenskaper til grafen / cellulose nanofiberkomposittfilmen. Song et al. kombinert grafen og nanocellulose i en cellulose / redusert grafenoksid hybridfilm gjennom lag-for-lag selvmontering, som viser en høyt bestilt lagdelt struktur. Kombinasjonen av matrisen og grafen bruker imidlertid mye energi og kan ikke oppnå storskala produksjon.
I denne sammenhengen har studiet av grafenfilmer med høy termisk ledningsevne to viktige betydninger. Det ene er at på grunn av de høye kostnadene ved kunstige grafittfilmer og vanskeligheten med å forberede polyimidfilmer av høy kvalitet, håper industrien at grafenfilmer med høy termisk ledningsevne kan brukes som alternativ plan. For det andre, på grunn av den økende etterspørselen etter varmespredning i elektroniske produkter, krever nye varmespredningsløsninger ikke bare høy termisk ledningsevne av den termisk ledende filmen, men også en viss tykkelse på den termisk ledende filmen for å øke varmeledningsstrømmen i planretningen. I den kunstige grafittfilmen, på grunn av graden av polyimidmolekylær orientering, har den grafittiserte polyimid termisk ledende filmen høyere termisk ledningsevne bare når tykkelsen er liten. Grafen termisk film er lett å bli gjort til en tykk termisk film (~ 100 μm), som har gode applikasjonsutsikter i termisk styringssystem av nye elektroniske enheter.
2.Teknisk forskning på grafenfilmtykkelse
Utarbeidelsen av tykkere grafen termisk ledende film er for tiden et hett forskningstema. Teoretisk sett, for å øke tykkelsen på grafenfilmen, kan bare en tykkere grafenoksidfilm påføres. Det er imidlertid følgende problemer i faktisk drift: (1) Kvaliteten på den tykke filmen dannet av knivbelegg er ikke høy. På grunn av den lave konsentrasjonen av grafenoksiddispersjonen (mindre enn 10%), er resten av grafenoksidet vann, noe som krever lang tid å fordampe. Grafenoksidflakene samhandler med vannmolekyler gjennom hydrogenbindinger, og vannmolekylene unnslipper når de fordamper, slik at grafenoksidflakene danner krysskoblinger gjennom hydrogenbindinger, og danner en "melkehud" -lignende film på overflaten. Denne tynne filmen bremser fordampningen av vann inne i grafenoksiddispersjonen, og fører til at grafenoksidarket har inkonsekvent orientering, noe som reduserer kvaliteten på filmen.
(2) Det er vanskelig å få en tykk film gjennom en ett-trinns metode. På grunn av den lave konsentrasjonen av grafenoksiddispersjonen, er det umulig å forberede en grafenoksidfilm med en tykkelse på ~ 100μm om gangen uavhengig av metoder som knivbelegg, spinnbelegg eller sprøyting. Luo et al. fant ut at grafenoksidfilmen fortsatt kan bindes til hverandre under betingelse av deionisert vanninfiltrasjon etter å ha blitt fordampet til tørrhet. Dette fenomenet oppstår fordi grafenoksidlagene er koblet til hverandre gjennom hydrogenbindinger under virkningen av vann. Slik at grafenoksidfilmen kan limes inn som papir. Zhang et al. brukte en lignende metode for å svulme den forberedte grafenoksidfilmen i vann og lime den lag for lag. Etter tørking, varmpressing, grafitisering og kaldpressing ble det oppnådd en ultra-tykk grafenfilm med en tykkelse på 200 μm. Det er 1224 W∙m-1∙K-1, og varmespredningseffekten målt av det infrarøde kameraet er bedre enn kobber, aluminium og tynnlags grafen termisk film. For tiden er det relativt få studier på utarbeidelsen av 100-mikron tykke høy termisk ledningsevne grafenfilmer. I tillegg til hevelse og binding kan overlappingen av grafenoksidfilmer også oppnås ved hjelp av metoder som elektrisk oppvarming og metallionbinding. Grafenfilm med mikrontykkelse og høy termisk ledningsevne gir nye ideer.
3. Outlook
Med utviklingen av storskala grafenforberedelsesteknologi kan den termiske ledningsevnen til den svært termisk ledende grafenfilmen utarbeidet basert på grafenoksidmetoden nå 2000W∙m-1∙K-1. Den termiske ledningsevnen til den høye termiske ledningsevnegrafenfilmen tilsvarer den av høy kvalitet grafitisert polyimidfilm for industrielle applikasjoner, og den har lavere kostnader og bedre tykkelseskontroll. Samtidig er grafen, som et todimensjonalt termisk ledende fyllstoff, lett å konstruere et tredimensjonalt termisk ledende nettverk i en polymermatrise, og har gode applikasjonsutsikter i termiske grensesnittmaterialer. Ved å forbedre spredningen av grafen i polymermatrisen og bygge et tredimensjonalt grafen termisk ledningsevnenettverk, er den termiske ledningsevnen til grafenfylte termiske grensesnittkompositter flere ganger høyere enn polymerer, og fyllstoffforholdet er lavere enn for tradisjonelle termiske ledende fyllstoffer. Graphene, enten den brukes som en selvbærende termisk ledende film eller som et termisk ledende fyllstoff for termiske grensesnittmaterialer, vil spille en viktig rolle i neste generasjon av elektroniske komponentvarmeavledningsapplikasjoner.
