瑞典查爾默斯理工大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種石墨烯組裝膜，其導(dǎo)熱率比石墨膜高出60%以上，盡管石墨是由多層石墨烯組成的。石墨烯薄膜作為一種高熱導(dǎo)材料在新型應(yīng)用上顯示出巨大的潛力，比如用于形狀因子驅(qū)動的電子器件和其他高功率驅(qū)動系統(tǒng)。

    迄今為止，石墨烯研究界的科學(xué)家認為石墨烯組裝膜不可能比石墨膜具有更高的熱導(dǎo)率。單層石墨烯的熱導(dǎo)率介于3500和5000 W/MK之間。如果將兩個石墨烯層放在一起，那么理論上就變成石墨，因為石墨烯只是石墨的一層。

    石墨烯薄膜的層間聲子熱傳導(dǎo)比面間傳播更快，因此具有很高的面內(nèi)熱導(dǎo)率（圖片來源： Krantz Nanoart）

    如今，在手機和其他功率器件中實用的用于散熱和擴散的石墨膜具有高達1950 W/MK的熱導(dǎo)率。因此，石墨烯組裝膜不應(yīng)該具有比石墨膜更高的熱導(dǎo)率。

    最近，查爾默斯理工大學(xué)的科學(xué)家改變了這種狀況。結(jié)果表明，石墨烯組裝膜的熱導(dǎo)率可達3200 W/MK，比最佳的石墨膜高60%以上。

    石墨烯層間的高導(dǎo)熱性是由它結(jié)構(gòu)的大晶粒尺寸、高平坦度和弱層間結(jié)合能共同作用的結(jié)果。因此，Johan Liu教授和他的研究小組從此下手，通過精準(zhǔn)控制石墨層的晶粒尺寸和堆積順序來制備石墨烯膜。他們發(fā)現(xiàn)，石墨烯中的聲子熱傳導(dǎo)通過運動和振動程度決定材料熱性能，并且聲子在石墨烯層內(nèi)的遷移速率明顯高于層間遷移。但現(xiàn)在他們解決了這個問題，讓石墨烯層間組裝起來依舊達到高熱導(dǎo)率。“這確實是一個重大的科學(xué)突破，它對現(xiàn)有的石墨薄膜制造業(yè)的轉(zhuǎn)型會產(chǎn)生巨大的影響。” Johan Liu說。

    此外，研究人員發(fā)現(xiàn)石墨烯薄膜的機械拉伸強度比石墨膜高三倍，達到70 MPa。“由于石墨烯薄膜具有超高導(dǎo)熱性和薄、柔性、堅固等結(jié)構(gòu)優(yōu)點，它作為一種新型的熱膨脹材料，在形狀因子驅(qū)動電子器件和其他高功率驅(qū)動系統(tǒng)的熱處理方面顯示出巨大的潛力。” Johan Liu說。

    由于無止境的小型化與集成化，現(xiàn)代電子設(shè)備和許多其它大功率系統(tǒng)的性能和可靠性受到了嚴(yán)重?zé)岷纳栴}的極大威脅。

    “為了解決這個問題，熱擴散材料在導(dǎo)熱性、厚度、柔韌性和堅固性方面必須具有更好的性能，以匹配電力系統(tǒng)復(fù)雜、高度集成的性質(zhì)。” Johan Liu說：“商業(yè)上可用的導(dǎo)熱材料，如銅、鋁和人造石墨膜，將不再適合和滿足這些需求。”

    這種高質(zhì)量的石墨烯薄膜制造工藝的知識產(chǎn)權(quán)屬于來自瑞典查默斯的公司SHT Smart High Tech AB，它專注于技術(shù)的商業(yè)化。

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內(nèi)外最新動態(tài)，我們網(wǎng)站會不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國腐蝕與防護網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：殷鵬飛

《中國腐蝕與防護網(wǎng)電子期刊》征訂啟事
投稿聯(lián)系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：fsfhzy666@163.com
中國腐蝕與防護網(wǎng)官方 QQ群：140808414