Τα πλαστικά υψηλής θερμικής αγωγιμότητας παρουσιάζουν εξαιρετικά ταλέντα στους επαγωγείς μετασχηματιστών, στην απαγωγή θερμότητας ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, στα ειδικά καλώδια, στην ηλεκτρονική συσκευασία, στη θερμική γλάστρα και σε άλλα πεδία για την καλή τους απόδοση επεξεργασίας, τη χαμηλή τιμή και την εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα.Τα πλαστικά υψηλής θερμικής αγωγιμότητας με γραφένιο ως πληρωτικό μπορούν να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις ανάπτυξης συγκροτημάτων υψηλής πυκνότητας και υψηλής ενσωμάτωσης στη βιομηχανία θερμικής διαχείρισης και ηλεκτρονικών.

Τα συμβατικά θερμικά αγώγιμα πλαστικά γεμίζονται κυρίως με σωματίδια μετάλλου υψηλής θερμικής αγωγιμότητας ή ανόργανων υλικών πλήρωσης για να γεμίσουν ομοιόμορφα τα υλικά της πολυμερούς μήτρας.Όταν η ποσότητα του πληρωτικού φτάσει σε ένα ορισμένο επίπεδο, το πληρωτικό σχηματίζει μια μορφολογία αλυσίδας και δικτύου στο σύστημα, δηλαδή μια θερμικά αγώγιμη αλυσίδα δικτύου.Όταν η κατεύθυνση προσανατολισμού αυτών των αλυσίδων πλέγματος αγώγιμων θερμότητας είναι παράλληλη με την κατεύθυνση της ροής θερμότητας, η θερμική αγωγιμότητα του συστήματος βελτιώνεται σημαντικά.

Πλαστικά υψηλής θερμικής αγωγιμότητας μενανοϋλικό άνθρακα γραφένιοως πληρωτικό μπορεί να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις ανάπτυξης συγκροτημάτων υψηλής πυκνότητας και υψηλής ενσωμάτωσης στη βιομηχανία θερμικής διαχείρισης και ηλεκτρονικών.Για παράδειγμα, η θερμική αγωγιμότητα του καθαρού πολυαμιδίου 6 (PA6) είναι 0,338 W / (m · K), όταν γεμίζεται με 50% αλουμίνα, η θερμική αγωγιμότητα του σύνθετου υλικού είναι 1,57 φορές εκείνη του καθαρού PA6.όταν προσθέτουμε 25% του τροποποιημένου οξειδίου του ψευδαργύρου, η θερμική αγωγιμότητα του σύνθετου υλικού είναι τρεις φορές υψηλότερη από αυτή του καθαρού PA6.Όταν προστεθεί το νανοφύλλο γραφενίου 20%, η θερμική αγωγιμότητα του σύνθετου υλικού φτάνει τα 4,11 W/(m•K), η οποία αυξάνεται κατά 15 φορές περισσότερο από το καθαρό PA6, το οποίο καταδεικνύει τις τεράστιες δυνατότητες του γραφενίου στον τομέα της θερμικής διαχείρισης.

1. Παρασκευή και θερμική αγωγιμότητα σύνθετων υλικών γραφενίου/πολυμερούς

Η θερμική αγωγιμότητα των σύνθετων υλικών γραφενίου/πολυμερούς είναι αδιαχώριστη από τις συνθήκες επεξεργασίας στη διαδικασία παρασκευής.Διαφορετικές μέθοδοι προετοιμασίας κάνουν τη διαφορά στη διασπορά, τη διεπιφανειακή δράση και τη χωρική δομή του πληρωτικού στη μήτρα, και αυτοί οι παράγοντες καθορίζουν την ακαμψία, την αντοχή, τη σκληρότητα και την ολκιμότητα του σύνθετου υλικού.Όσον αφορά την τρέχουσα έρευνα, για τα σύνθετα υλικά γραφενίου/πολυμερούς, ο βαθμός διασποράς του γραφενίου και ο βαθμός αποφλοίωσης των φύλλων γραφενίου μπορούν να ελεγχθούν με έλεγχο διάτμησης, θερμοκρασίας και πολικών διαλυτών.

2. Οι παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση των πλαστικών υψηλής θερμικής αγωγιμότητας γεμάτα γραφένιο

2.1 Προσθήκη ποσότητας γραφενίου

Στο πλαστικό υψηλής θερμικής αγωγιμότητας γεμάτο με γραφένιο, καθώς αυξάνεται η ποσότητα του γραφενίου, σχηματίζεται σταδιακά στο σύστημα η θερμική αγώγιμη αλυσίδα δικτύου, η οποία βελτιώνει σημαντικά τη θερμική αγωγιμότητα του σύνθετου υλικού.

Μελετώντας τη θερμική αγωγιμότητα των σύνθετων υλικών γραφενίου με βάση την εποξική ρητίνη (EP), διαπιστώθηκε ότι η αναλογία πλήρωσης του γραφενίου (περίπου 4 στρώματα) μπορεί να αυξήσει τη θερμική αγωγιμότητα του EP κατά περίπου 30 φορές σε 6,44.W/(m•K), ενώ τα παραδοσιακά θερμικά αγώγιμα πληρωτικά απαιτούν το 70% (κλάσμα όγκου) του πληρωτικού για να επιτευχθεί αυτό το αποτέλεσμα.

2.2 Αριθμός στρωμάτων γραφενίου
Για το πολυστρωματικό γραφένιο, η μελέτη σε 1-10 στρώματα γραφενίου διαπίστωσε ότι όταν ο αριθμός των στρωμάτων γραφενίου αυξήθηκε από 2 σε 4, η θερμική αγωγιμότητα μειώθηκε από 2 800 W/(m•K) σε 1300 W/(m•K). ).Από αυτό προκύπτει ότι η θερμική αγωγιμότητα του γραφενίου τείνει να μειώνεται με την αύξηση του αριθμού των στρωμάτων.

Αυτό συμβαίνει επειδή το πολυστρωματικό γραφένιο θα συσσωματωθεί με το χρόνο, γεγονός που θα προκαλέσει μείωση της θερμικής αγωγιμότητας.Ταυτόχρονα, τα ελαττώματα στο γραφένιο και η αταξία της ακμής θα μειώσουν τη θερμική αγωγιμότητα του γραφενίου.

2.3 Τύποι υποστρώματος
Τα κύρια συστατικά των πλαστικών υψηλής θερμικής αγωγιμότητας περιλαμβάνουν υλικά μήτρας και πληρωτικά.Το γραφένιο είναι η καλύτερη επιλογή για πληρωτικά λόγω της εξαιρετικής θερμικής αγωγιμότητας του. Διαφορετικές συνθέσεις μήτρας επηρεάζουν τη θερμική αγωγιμότητα.Το πολυαμίδιο (PA) έχει καλές μηχανικές ιδιότητες, αντοχή στη θερμότητα, αντοχή στη φθορά, χαμηλό συντελεστή τριβής, ορισμένη επιβράδυνση φλόγας, εύκολη επεξεργασία, κατάλληλο για τροποποίηση πλήρωσης, για βελτίωση της απόδοσής του και επέκταση του πεδίου εφαρμογής.

Η μελέτη διαπίστωσε ότι όταν το κλάσμα όγκου του γραφενίου είναι 5%, η θερμική αγωγιμότητα του σύνθετου υλικού είναι 4 φορές υψηλότερη από αυτή του συνηθισμένου πολυμερούς και όταν το κλάσμα όγκου του γραφενίου αυξάνεται στο 40%, η θερμική αγωγιμότητα του σύνθετου αυξάνεται κατά 20 φορές..

2.4 Διάταξη και κατανομή γραφενίου σε μήτρα
Έχει βρεθεί ότι η κατευθυντική κατακόρυφη στοίβαξη του γραφενίου μπορεί να βελτιώσει τη θερμική του αγωγιμότητα.
Επιπλέον, η κατανομή του πληρωτικού στη μήτρα επηρεάζει επίσης τη θερμική αγωγιμότητα του σύνθετου υλικού.Όταν το πληρωτικό είναι ομοιόμορφα διασκορπισμένο στη μήτρα και σχηματίζει μια θερμικά αγώγιμη αλυσίδα δικτύου, η θερμική αγωγιμότητα του σύνθετου υλικού βελτιώνεται σημαντικά.

2.5 Αντίσταση διεπαφής και αντοχή ζεύξης διεπαφής
Γενικά, η διαεπιφανειακή συμβατότητα μεταξύ των σωματιδίων ανόργανου πληρωτικού και της οργανικής μήτρας ρητίνης είναι φτωχή και τα σωματίδια πλήρωσης συσσωματώνονται εύκολα στη μήτρα, καθιστώντας δύσκολο τον σχηματισμό ομοιόμορφης διασποράς.Επιπλέον, η διαφορά στην επιφανειακή τάση μεταξύ των ανόργανων σωματιδίων πλήρωσης και της μήτρας καθιστά δύσκολη την διαβροχή της επιφάνειας των σωματιδίων πλήρωσης από τη μήτρα ρητίνης, με αποτέλεσμα κενά στη διεπιφάνεια μεταξύ των δύο, αυξάνοντας έτσι τη διεπιφανειακή θερμική αντίσταση του σύνθετου πολυμερούς.

3. Συμπέρασμα
Τα πλαστικά υψηλής θερμικής αγωγιμότητας γεμάτα με γραφένιο έχουν υψηλή θερμική αγωγιμότητα και καλή θερμική σταθερότητα και οι προοπτικές ανάπτυξής τους είναι πολύ ευρείες.Εκτός από τη θερμική αγωγιμότητα, το γραφένιο έχει και άλλες εξαιρετικές ιδιότητες, όπως υψηλή αντοχή, υψηλές ηλεκτρικές και οπτικές ιδιότητες, και χρησιμοποιείται ευρέως σε κινητές συσκευές, αεροδιαστημική και μπαταρίες νέας ενέργειας.

Η Hongwu Nano ερευνά και αναπτύσσει νανοϋλικά από το 2002 και με βάση την ώριμη εμπειρία και την προηγμένη τεχνολογία, προσανατολισμένη στην αγορά, το Hongwu Nano παρέχει διαφοροποιημένες επαγγελματικές προσαρμοσμένες υπηρεσίες για να παρέχει στους χρήστες διαφορετικές επαγγελματικές λύσεις για πιο αποτελεσματικές πρακτικές εφαρμογές.