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yabo亚博网站登录全站石墨烯薄膜热导率高达3200W/mk

文章来源:yabo亚博网站登录全站   发布日期:2022-10-07   浏览次数:112902

10月07日,yabo亚博网站登录全站领域的科学家一直认为,石墨烯组装的薄膜在导热性方面不能超过传统的石墨薄膜。众所周知,单层石墨烯的导热性在3500-5000W/mk之间。如果石墨烯层层堆叠在一起,严格来说,这种堆叠结构的热性能更倾向于石墨而不是石墨烯。如今,石墨膜广泛应用于移动手机和各种高功率器件的散热,导热性可达1950W/mk。因此,科学家普遍认为,石墨烯组装的薄膜在导热性方面不会超过石墨膜。

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上海大学刘建英教授及其yabo亚博网站登录全站团队的yabo亚博网站登录全站人员最近改变了这一事实。他们发现,通过调整和优化微宏观制备工艺,yabo亚博网站登录全站石墨烯薄膜的热导率可以高达3200W/mk,通过精确控制石墨烯的晶粒尺寸和堆叠顺序。比传统石墨膜高60%以上。他们还发现,石墨烯薄膜的高导热率来自于晶粒尺寸大、平整度高、层间结合能弱等因素。这些因素的控制使得参与传热的声音在石墨烯层中快速传输,不受周围层的干扰,从而带来很高的导热率。


图1。石墨烯薄膜制造工艺。a)干气泡分离膜,石墨化和压延工艺示意图。b)高速剪切混合发制备平均直径6微米的氧化石墨烯光学显微镜照片。c)1纳米厚以下的氧化石墨烯原子力显微镜照片。d)0,8微米的石墨烯薄膜扫描显微镜照片。e)柔性大面积石墨烯薄膜光学显微镜照片。


刘建英教授说:这确实是一个非常重要的科学突破,可能会对现有石墨薄膜制备工艺的变化产生重大影响。。该团队还发现,石墨烯薄膜的抗拉强度是石墨膜的三倍,高达70MPa在线下载。


图2.2850℃、1300℃处理的石墨烯薄膜、商用碳化石墨薄膜的横向热导率、铜铝热导率的比较。试验方法:真空焦耳自加热和热桥发。yabo亚博网站登录全站图中显示了2850℃处理和压延石墨烯薄膜的截面和表面。插图显示了石墨烯薄膜横向热导率与无序叠加石墨烯相对体积含量之间的关系。


这种高导热性的石墨烯薄膜的制备技术来源于铝基板上氧化石墨烯基板上的自组装和同步还原,以及利用干气泡技术分离薄膜,并通过高温热处理和机械碾压。因此,获得的石墨烯薄膜具有大粒径、平叠、超薄结构和薄弱层间结合能。这些结构特点可以促进石墨烯表面高频扩散声和低频弹性声的快速传递,从而为石墨烯薄膜带来优异的导热性。


图3。展示新型石墨烯散热器。a)热测试平台。b)0、8微米、2微米厚2850℃热处理石墨烯薄膜与10微米铝膜温度分布相比。c)红外照片最新版下载。


石墨烯薄膜具有超高的导热性、yabo亚博网站登录全站超薄柔性和优异的机械性能,在便携式设备和其他高功率设备的散热中具有巨大的潜力。


随着电子系统的不断微型化和集成,其性能和可靠性将越来越受到散热问题的制约。为了解决这一问题,yabo亚博网站登录全站散热材料需要具有更高的导热性和超薄、柔软、优异的机械性能,以满足复杂和高密度集成功率设备的需要。铜、铝、石墨膜等传统商业散热材料将不能满足上述需求。


这是该团队在自然通信(Nat.comun.7:11281doi:10.1038/ncomms11281(2016)、先进材料(DOI:10.1002/adma.201104408)、碳(Carbon106(2016)195-201)、Carbon61(2013)342-348)之后发表的又一篇关于高导热石墨烯薄膜制备与调控的论文。上海大学刘建英教授是本文的通讯作者。团队博士生陈淑静、黄时荣实验员、袁光杰讲师参与了此工作。他们与瑞典查尔莫斯理工大学的团队一起负责石墨烯材料热处理工艺的优化。石墨烯薄膜制备技术已转移到深圳深瑞墨烯公司。公司将负责高导热石墨烯薄膜材料的大规模生产和工业化。


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