<form id="rn1z5"></form>
    <sub id="rn1z5"></sub>
    <thead id="rn1z5"></thead>

    <sub id="rn1z5"></sub>

      <sub id="rn1z5"></sub><address id="rn1z5"></address>

      當前位置:首頁 > 粉體技術 > 粉體應用技術 > 正文
      柔性電子設備的散熱好幫手:石墨烯導熱紙
      2022年06月13日 發布 分類:粉體應用技術 點擊量:86
      覺得文章不錯?分享到:

      柔性電子技術是當今最令人激動和最有前景的信息技術之一,受到學術界和工業界的廣泛關注。柔性電子具有優異的靈活性、柔軟性以及延展性,可保證電子產品在彎曲、折疊、卷曲、壓縮、拉伸等狀態下正常運行。基于上述性質,其應用體現在人類生活的很多方面,如電子皮膚、可穿戴設備、照明、顯示以及光伏建筑一體化等。但隨著功率電子器件處理功率越來越大,其高效散熱成為日益突出的問題,基于此,近幾年出現了一種柔性自支撐石墨烯導熱紙材料,具有由微小的石墨烯片構成的層狀結構,具有較高的面內熱導率和良好的機械性能,是針對柔性電子器件的有效解決方案。

      石墨烯導熱紙

      石墨烯導熱紙

      一、石墨烯導熱紙的特性

      石墨烯熱導率高達 5300 W/(m·K),是非常好的導熱材料,單層石墨烯尺寸僅為幾個微米,厚度為一個或幾個原子層,作為實際導熱材料應用需要將這種微小的石墨烯片復合成石墨烯導熱紙。石墨烯導熱紙由微小石墨烯片層疊搭接而形成微觀層狀結構,是具有良好導電性和機械性能的柔性自支撐材料。

      由于石墨烯導熱紙具有這種特殊的層狀結構,層與層之間僅通過范德華力相互耦合,縱向上通過低頻聲子導熱,導致了石墨烯導熱紙的熱傳導各向異性,面內熱導率比垂直熱導率高3-4個數量級。石墨烯片尺寸、層數、缺陷,混合其它物質以及導熱紙結構、厚度等均會對石墨烯導熱紙的熱導率產生重要影響。

      石墨烯導熱紙橫截面微觀結構示意圖

      石墨烯導熱紙橫截面微觀結構示意圖

      二、石墨烯導熱紙的制備

      目前石墨烯導熱紙采用的原材料多為液相氧化法制備的氧化石墨烯粉,這些粉體在微觀上是尺寸為幾百納米到幾十微米的微小薄片,石墨烯表面和邊緣被羥基、羧基、羰基、環氧基等基團修飾。將氧化石墨烯制成石墨烯導熱紙還需要進行還原處理,分別有前還原法和后還原法。

      1.前還原法

      前還原法是在氧化石墨烯的混合溶液中加入液態還原劑將氧化石墨烯還原成石墨烯,常見的還原劑有肼、氫碘酸、維他命C等。由于石墨烯不親水,為獲得穩定的石墨烯分散液,還原過程通常在特殊有機溶劑或在摻有分散劑的水中進行,最后制備成石墨烯導熱紙。

      氧化石墨烯具有的含氧基團使其具有良好的親水性,通過超聲或磁力攪拌的方法即可獲得氧化石墨烯的水分散液。

      將氧化石墨烯分散液還原成石墨烯

      將氧化石墨烯分散液還原成石墨烯

      2.后還原法

      后還原法是先將氧化石墨烯分散液制備成氧化石墨烯紙,再利用高溫退火等方法將氧化石墨烯紙還原。由于氧化石墨烯易于分散,在水中就可以獲得穩定的氧化石墨烯分散液,在材料制備和雜質控制方面更具有優勢,因此后還原法是目前石墨烯導熱紙制備中的主要還原方法

      將石墨烯(或氧化石墨烯)分散液制成紙的方法主要有真空抽濾、蒸發等自組織生長法,以及噴涂、刮涂等涂覆方法。其中,真空抽濾法具有定向流驅動力,能夠形成比較致密、均勻的微觀層狀結構;蒸發法是將石墨烯(或氧化石墨烯)分散液倒入特定的基底上,在較溫和的溫度下蒸發干燥一定的時間,最后得到自支撐的石墨烯(或氧化石墨烯)紙,蒸發法能夠制備比真空抽濾法更大面積的材料

      涂敷方法則能夠進一步增加石墨烯(或氧化石墨烯)紙的面積。

      蒸發法制備石墨烯紙

      蒸發法制備石墨烯紙

      三、影響石墨烯紙熱導率的因素

      根據對石墨烯熱導率的理論和實驗研究,研究人員分別從石墨烯片尺寸、退火溫度、導熱紙厚度、混合其他物質幾個方面提升石墨烯紙的熱導率。

      幾種因素對石墨烯紙熱導率的影響如下:


      四、石墨烯紙在熱管理領域的應用

      雖然石墨烯紙的研究歷史并不長,但目前已發明了多種石墨烯紙的大面積快速制備方法,石墨烯紙也表現出高面內熱導率、良好的柔性和機械性能、低電阻率等一系列優良特性,賦予石墨烯紙良好的應用前景。

      石墨烯紙在以下領域具有應用優勢:

      (1)作為熱界面材料:將石墨烯紙用于芯片、高功率LED、電池的界面散熱材料,能明顯降低這些器件的工作溫度;

      (2)作為電磁屏蔽材料:將石墨烯紙用于電子封裝能夠降低整個電路系統的溫度,同時具有電磁屏蔽功能,保證電路系統不受電磁干擾;

      (3)應用形狀靈活:石墨烯紙所具有的柔性、大面積、機械強度高等特點使其特別適用于大面積鋪貼和剪裁,例如,將石墨烯紙覆于空間站伴隨模塊衛星內表面增加甲板導熱正在被我國科研人員論證;

      (4)應用于個人身體熱管理:石墨烯紙對人體的散熱能力顯著高于傳統棉花織物,而且石墨烯紙具有快速電-熱響應,2.5V電壓即可滿足人體對正常熱量的需求;

      石墨烯智能服飾

      石墨烯智能服飾

      目前已證明石墨烯紙對器件/電路、封裝及發熱體散熱上的顯著優勢,市場上也出現了手機、電腦等個人電子產品用的石墨烯紙散熱片。可以展望,隨著熱管理要求的不斷提高,石墨烯紙在電子、航空、航天、艦船、車輛、日常用品上將獲得廣闊的應用。


      參考來源:

      1. 石墨烯導熱紙研究進展,王蘭喜、何延春、王虎、吳春華、李林(材料導報);

      2. 導熱紙(膜)的研究進展,賈程瑛、劉文、朱陽陽、朱晶航、史賀、季劍鋒、李鴻凱(中國造紙);

      3. 氧化石墨烯的制備方法、結構、性質及應用研究進展,張笑娟、魏琦峰、任秀蓮(應用化工)。


      粉體圈小吉

      本文為粉體圈原創作品,未經許可,不得轉載,也不得歪曲、篡改或復制本文內容,否則本公司將依法追究法律責任

      相關內容:
       

      粉體求購:

      設備求購:

      尋求幫助:

      合作投稿:

      粉體技術:

      關注粉體圈

      了解粉體資訊

      精品久久久噜噜噜久久久