石墨烯粉體

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石墨烯導熱研究進展

2021-04-06 17:42:24

石墨烯是具有單原子層厚度的二維材料,因為其獨特的電學、光學、力學、熱學性能而備受關注。相對于電學性質的研究, 石墨烯的熱學性質研究起步較晚。2008年, Balandin課題組用拉曼光譜法第 一次測量了單層石墨烯的熱導率,觀察發現石墨烯熱導率最 高可達5300 W?m-1?K-1, 高于石墨塊體和金剛石,是已知材料中熱導率的最 高值,吸引了研究者的廣泛關注。隨著理論研究的深入和測量技術的進步,研究發現單層石墨烯具有高于石墨塊體的熱導率與其特殊的聲子散射機制有關,成為驗證和發展聲子導熱理論的重要研究對象。


對石墨烯熱導率的研究很快對石墨烯在導熱領域的應用有所啟發。隨著石墨烯大規模制備技術的發展,基于氧化石墨烯方法制備的高導熱石墨烯膜熱導率可達~2000 W?m-1?K-1 。高導熱石墨烯膜的熱導率與工業應用的高質量石墨化聚酰亞胺膜相當,且具有更低成本和更好的厚度可控性。另一方面,石墨烯作為二維導熱填料,易于在高分子基體中構建三維導熱網絡,在熱界面材料中具有良好應用前景。通過提高石墨烯在高分子基體中的分散性、構建三維石墨烯導熱網絡等方法,石墨烯填充的熱界面復合材料熱導率比聚合物產生數倍提高,并且填料比低于傳統導熱填料。石墨烯無論作為自支撐導熱膜,還是作為熱界面材料的導熱填料,都將在下一代電子元件散熱應用中發揮重要價值。本文綜述了石墨烯熱導率的測量方法、石墨烯熱導率的研究結果以及石墨烯導熱的應用。首先介紹石墨烯的三種測量方法:拉曼光譜法、懸空熱橋法和時域熱反射法。然后介紹石墨烯熱導率的測量結果,包括其熱導率的尺寸依賴、厚度依賴以及通過缺陷、晶粒大小等熱導率調控方法。隨后介紹石墨烯導熱的應用,主要包括高導熱石墨烯膜、石墨烯纖維及石墨烯導熱填料在熱界面材料中的應用。最后對石墨烯導熱研究的發展進行展望。


石墨烯涂料


由于石墨烯的厚度為納米尺度,商用的測量設備(激光閃光法、平板熱源法等)無法準確測量其熱導率, 需要采用微納尺度熱測量方法。常見的微納尺度傳熱測量技術包括拉曼光譜法、懸空熱橋法


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