Kemajuan Penyelidikan Bahan Konduktif Terma Graphene
1. Status penyelidikan filem haba graphene
Graphene adalah struktur cincin enam anggota yang mengandungi karbon dengan struktur hibrid sp2, dan pelbagai sifat fizikal dan kimia sangat stabil. Berbanding dengan bahan logam tradisional seperti tembaga dan aluminium, graphene mempunyai kekonduksian terma dalam pesawat yang lebih tinggi. Kerana struktur khasnya, graphene mempunyai ketumpatan yang lebih rendah, kestabilan terma yang baik, kekonduksian elektrik ultra tinggi, penghantaran cahaya yang sangat baik dan sifat mekanikal yang lebih baik. Graphene adalah pilihan yang ideal sebagai komponen tambahan bahan konduktif haba. Pada masa yang sama, filem graphene boleh digunakan sebagai sink haba dalam komponen elektronik, dipasang pada permukaan komponen elektronik yang mudah menjana haba, dan sama rata menyebarkan haba yang dihasilkan oleh sumber haba. Antaranya, kekonduksian terma tertinggi dan kesan pelesapan haba terbaik adalah filem konduktif haba grafit tiruan yang diperoleh daripada filem poliimide melalui proses grafitisasi. Kekonduksian terma dalam arah satah boleh mencapai 700 ~ 1950W ∙m-1 ∙K-1, dan ketebalannya adalah 10 ~ 100 μm, dengan kekonduksian terma yang baik.
Wang Wen et al. menambah graphene nanosheets ke polipropilena, yang boleh meningkatkan kekonduksian terma sebanyak 14 kali. Chen et al. diburukkan graphene dan nanoselulosa melalui penapisan vakum, yang sangat meningkatkan kekonduksian terma dan sifat mekanikal filem komposit graphene / selulosa nanofiber. Song et al. combined graphene dan nanocellulose ke dalam filem hibrid graphene oksida selulosa /dikurangkan melalui pemasangan sendiri lapisan demi lapisan, menunjukkan struktur berlapis yang sangat teratur. Walau bagaimanapun, gabungan matriks dan graphene menggunakan banyak tenaga dan tidak dapat mencapai pengeluaran berskala besar.
Dalam konteks ini, kajian filem graphene kekonduksian terma yang tinggi mempunyai dua makna penting. Satu adalah kerana kos filem grafit tiruan yang tinggi dan kesukaran menyediakan filem poliimide berkualiti tinggi, industri berharap filem graphene kekonduksian terma yang tinggi dapat digunakan sebagai pelan alternatif. Kedua, disebabkan oleh peningkatan permintaan untuk pelesapan haba dalam produk elektronik, penyelesaian pelesapan haba baru memerlukan bukan sahaja kekonduksian terma yang tinggi dari filem konduktif terma, tetapi juga ketebalan tertentu filem konduktif haba untuk meningkatkan fluks pengaliran haba ke arah pesawat. Dalam filem grafit buatan, kerana tahap orientasi molekul poliimide, filem konduktif poliimide grafitized mempunyai kekonduksian terma yang lebih tinggi hanya apabila ketebalannya kecil. Filem haba graphene mudah dibuat menjadi filem haba tebal (~ 100 μm), yang mempunyai prospek aplikasi yang baik dalam sistem pengurusan haba peranti elektronik baru.
2.Penyelidikan Teknikal mengenai Ketebalan Filem Graphene
Penyediaan filem konduktif haba graphene yang lebih tebal kini menjadi topik penyelidikan yang panas. Secara teorinya, untuk meningkatkan ketebalan filem graphene, hanya filem graphene oksida yang lebih tebal boleh digunakan. Walau bagaimanapun, terdapat masalah berikut dalam operasi sebenar: (1) Kualiti filem tebal yang dibentuk oleh salutan pisau tidak tinggi. Oleh kerana kepekatan penyebaran graphene oksida yang rendah (kurang daripada 10%), selebihnya graphene oksida adalah air, yang memerlukan masa yang lama untuk menguap. Serpihan oksida graphene berinteraksi dengan molekul air melalui ikatan hidrogen, dan molekul air melarikan diri ketika mereka menguap, sehingga serpihan graphene oksida membentuk hubungan silang melalui ikatan hidrogen, membentuk film seperti kulit susu di permukaan. Filem nipis ini melambatkan penyejatan air di dalam penyebaran graphene oksida, dan menyebabkan lembaran graphene oksida mempunyai orientasi yang tidak konsisten, yang mengurangkan kualiti filem.
(2) Sukar untuk mendapatkan filem tebal melalui kaedah satu langkah. Oleh kerana kepekatan penyebaran graphene oksida yang rendah, adalah mustahil untuk menyediakan filem graphene oksida dengan ketebalan ~ 100μm pada satu masa tanpa mengira kaedah seperti salutan pisau, salutan putaran atau penyemburan. Luo et al. mendapati bahawa filem graphene oksida masih boleh terikat antara satu sama lain di bawah keadaan penyusupan air deionized selepas disejat ke kekeringan. Fenomena ini berlaku kerana lapisan graphene oksida disambungkan antara satu sama lain melalui ikatan hidrogen di bawah tindakan air. Sehingga film graphene oksida dapat disis menampal seperti kertas. Zhang et al. menggunakan kaedah yang sama untuk membengkak filem graphene oksida yang disediakan di dalam air dan menampalnya lapisan demi lapisan. Selepas pengeringan, menekan panas, grafitisasi, dan menekan sejuk, filem graphene ultra-tebal dengan ketebalan 200 μm diperolehi. Ia adalah 1224 W∙m-1∙K-1, dan kesan pelesapan haba yang diukur oleh kamera inframerah adalah lebih baik daripada tembaga, aluminium dan nipis lapisan graphene filem haba. Pada masa ini, terdapat beberapa kajian mengenai penyediaan filem graphene kekonduksian tinggi 100-mikron tebal. Selain bengkak dan ikatan, pertindihan filem graphene oksida juga boleh dicapai dengan kaedah seperti pemanasan elektrik dan ikatan ion logam. Filem Graphene dengan ketebalan mikron dan kekonduksian terma yang tinggi memberikan idea-idea baru.
3. Outlook
Dengan perkembangan teknologi penyediaan graphene berskala besar, kekonduksian terma filem graphene konduktif yang sangat terma yang disediakan berdasarkan kaedah graphene oksida boleh mencapai 2000W∙m-1∙K-1. Kekonduksian terma filem graphene kekonduksian terma yang tinggi adalah bersamaan dengan filem poliimide grafitized berkualiti tinggi untuk aplikasi perindustrian, dan ia mempunyai kos yang lebih rendah dan kawalan ketebalan yang lebih baik. Pada masa yang sama, graphene, sebagai pengisi konduktif terma dua dimensi, mudah untuk membina rangkaian konduktif haba tiga dimensi dalam matriks polimer, dan mempunyai prospek aplikasi yang baik dalam bahan antara muka haba. Dengan meningkatkan penyebaran graphene dalam matriks polimer dan membina rangkaian kekonduksian terma graphene tiga dimensi, kekonduksian terma komposit antara muka terma yang dipenuhi graphene adalah beberapa kali lebih tinggi daripada polimer, dan nisbah pengisi lebih rendah daripada pengisi konduktif haba tradisional. Graphene, sama ada digunakan sebagai filem konduktif haba yang menyokong sendiri atau sebagai pengisi konduktif terma untuk bahan antara muka haba, akan memainkan peranan penting dalam generasi akan datang aplikasi pelesapan haba komponen elektronik.
