Plasty s vysokou tepelnou vodivostí vykazují mimořádné schopnosti v transformátorových induktorech, odvádění tepla elektronických součástek, speciálních kabelech, elektronických obalech, tepelném zalévání a dalších oblastech pro jejich dobrý zpracovatelský výkon, nízkou cenu a vynikající tepelnou vodivost.Plasty s vysokou tepelnou vodivostí s grafenem jako plnivem mohou splnit požadavky na vývoj sestav s vysokou hustotou a vysokou integrací v tepelném managementu a elektronickém průmyslu.

Běžné tepelně vodivé plasty jsou převážně plněny vysoce tepelně vodivým kovem nebo částicemi anorganického plniva, aby se stejnoměrně vyplnily materiály polymerní matrice.Když množství plniva dosáhne určité úrovně, vytvoří plnivo v systému řetězovitou a síťovitou morfologii, to znamená tepelně vodivý síťový řetězec.Když je směr orientace těchto tepelně vodivých síťových řetězců rovnoběžný se směrem tepelného toku, tepelná vodivost systému se výrazně zlepší.

Vysoce tepelně vodivé plasty suhlíkový nanomateriál grafenjako výplň může splňovat požadavky na vývoj sestav s vysokou hustotou a vysokou integrací v tepelném managementu a elektronickém průmyslu.Například tepelná vodivost čistého polyamidu 6 (PA6) je 0,338 W / (m · K), při plnění 50% oxidem hlinitým je tepelná vodivost kompozitu 1,57krát vyšší než u čistého PA6;při přidání 25 % modifikovaného oxidu zinečnatého je tepelná vodivost kompozitu třikrát vyšší než u čistého PA6.Když se přidá 20% nanovrstva grafenu, tepelná vodivost kompozitu dosáhne 4,11 W/(m•K), což je více než 15násobné zvýšení než u čistého PA6, což dokazuje obrovský potenciál grafenu v oblasti tepelného managementu.

1. Příprava a tepelná vodivost grafen/polymerních kompozitů

Tepelná vodivost grafen/polymerních kompozitů je neoddělitelná od podmínek zpracování v procesu přípravy.Různé metody přípravy mají rozdíl v disperzi, mezifázovém působení a prostorové struktuře plniva v matrici a tyto faktory určují tuhost, pevnost, houževnatost a tažnost kompozitu.Pokud jde o současný výzkum, u kompozitů grafen/polymer lze míru disperze grafenu a míru odlupování grafenových plátů řídit řízením smyku, teploty a polárních rozpouštědel.

2. Faktory ovlivňující výkonnost grafenem plněných plastů s vysokou tepelnou vodivostí

2.1 Přidané množství grafenu

V plastu s vysokou tepelnou vodivostí plněného grafenem se s rostoucím množstvím grafenu v systému postupně vytváří tepelně vodivý síťový řetězec, což výrazně zlepšuje tepelnou vodivost kompozitního materiálu.

Studiem tepelné vodivosti grafenových kompozitů na bázi epoxidové pryskyřice (EP) bylo zjištěno, že výplňový poměr grafenu (asi 4 vrstvy) může zvýšit tepelnou vodivost EP asi 30krát na 6,44.W/(m•K), zatímco tradiční tepelně vodivá plniva vyžadují k dosažení tohoto efektu 70 % (objemový zlomek) plniva.

2.2 Počet vrstev grafenu
U vícevrstvého grafenu studie na 1–10 vrstvách grafenu zjistila, že když se počet vrstev grafenu zvýšil ze 2 na 4, tepelná vodivost klesla z 2 800 W/(m•K) na 1300 W/(m•K ).Z toho vyplývá, že tepelná vodivost grafenu má tendenci klesat s rostoucím počtem vrstev.

Je to proto, že vícevrstvý grafen se bude časem aglomerovat, což způsobí snížení tepelné vodivosti.Vady v grafenu a porucha okraje zároveň sníží tepelnou vodivost grafenu.

2.3 Druhy substrátu
Mezi hlavní složky plastů s vysokou tepelnou vodivostí patří matricové materiály a plniva.Grafen je nejlepší volbou pro plniva, protože má vynikající tepelnou vodivost. Tepelnou vodivost ovlivňují různá složení matrice.Polyamid (PA) má dobré mechanické vlastnosti, tepelnou odolnost, odolnost proti opotřebení, nízký koeficient tření, určitou retardaci hoření, snadné zpracování, vhodný pro úpravu výplně, pro zlepšení jeho výkonu a rozšíření oblasti použití.

Studie zjistila, že když je objemový podíl grafenu 5 %, tepelná vodivost kompozitu je 4krát vyšší než u běžného polymeru, a když se objemový podíl grafenu zvýší na 40 %, tepelná vodivost kompozitu se zvýší 20krát..

2.4 Uspořádání a rozložení grafenu v matrici
Bylo zjištěno, že směrové vertikální vrstvení grafenu může zlepšit jeho tepelnou vodivost.
Kromě toho distribuce plniva v matrici také ovlivňuje tepelnou vodivost kompozitu.Když je plnivo rovnoměrně rozptýleno v matrici a tvoří tepelně vodivý síťový řetězec, tepelná vodivost kompozitu se výrazně zlepší.

2.5 Odpor rozhraní a pevnost spojení rozhraní
Obecně je mezifázová kompatibilita mezi částicemi anorganického plniva a matricí organické pryskyřice špatná a částice plniva se v matrici snadno aglomerují, což ztěžuje vytvoření jednotné disperze.Kromě toho rozdíl v povrchovém napětí mezi částicemi anorganického plniva a matricí ztěžuje smáčení povrchu částic plniva pryskyřičnou matricí, což má za následek vznik dutin na rozhraní mezi těmito dvěma, čímž se zvyšuje tepelný odpor na rozhraní. polymerního kompozitu.

3. Závěr
Plasty s vysokou tepelnou vodivostí plněné grafenem mají vysokou tepelnou vodivost a dobrou tepelnou stabilitu a vyhlídky jejich vývoje jsou velmi široké.Kromě tepelné vodivosti má grafen další vynikající vlastnosti, jako je vysoká pevnost, vysoké elektrické a optické vlastnosti, a je široce používán v mobilních zařízeních, letectví a nových energetických bateriích.

Hongwu Nano zkoumá a vyvíjí nanomateriály od roku 2002 a na základě vyzrálých zkušeností a pokročilé technologie, orientované na trh, Hongwu Nano poskytuje diverzifikované profesionální přizpůsobené služby, které uživatelům poskytují různá profesionální řešení pro efektivnější praktické aplikace.