Τα πλαστικά υψηλής θερμικής αγωγιμότητας παρουσιάζουν έκτακτα ταλέντα σε επαγωγείς μετασχηματιστών, ηλεκτρονική διαρροή θερμότητας συστατικών, ειδικά καλώδια, ηλεκτρονική συσκευασία, θερμική γλάστρες και άλλα πεδία για την καλή απόδοση επεξεργασίας, χαμηλή τιμή και εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα. Η υψηλή θερμική αγωγιμότητα πλαστικά με graphene, καθώς το πλήρωσης μπορεί να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις της ανάπτυξης υψηλής πυκνότητας και υψηλής ενσωμάτωσης στη βιομηχανία θερμικής διαχείρισης και ηλεκτρονικών.

Τα συμβατικά θερμικά αγώγιμα πλαστικά γεμίζουν κυρίως με υψηλή θερμική δημιουργία μετάλλου ή ανόργανα σωματίδια πλήρωσης για να γεμίσουν ομοιόμορφα τα υλικά πολυμερούς μήτρας. Όταν η ποσότητα πλήρωσης φτάσει σε ένα ορισμένο επίπεδο, το πλήρωσης αποτελεί μια μορφολογία που μοιάζει με αλυσίδα και δικτύου στο σύστημα, δηλαδή μια θερμικά αγώγιμη αλυσίδα δικτύου. Όταν η κατεύθυνση προσανατολισμού αυτών των αλυσίδων αγώγιμων πλέγματος θερμότητας είναι παράλληλη με την κατεύθυνση ροής θερμότητας, η θερμική αγωγιμότητα του συστήματος βελτιώνεται σημαντικά.

Υψηλή θερμική αγώγιμη πλαστική μεγραφένιο νανοϋλικό άνθρακαΚαθώς το πλήρωσης μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις της ανάπτυξης 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 γεμίζει με αλουμίνα 50%, η θερμική αγωγιμότητα του σύνθετου είναι 1,57 φορές αυτή του καθαρού ΡΑ6. Κατά την προσθήκη 25% το τροποποιημένο οξείδιο του ψευδαργύρου, η θερμική αγωγιμότητα του σύνθετου είναι τρεις φορές υψηλότερη από αυτή του καθαρού ΡΑ6. Όταν προστίθεται το 20% νανοσηλεία graphene, η θερμική αγωγιμότητα του σύνθετου υλικού φτάνει τα 4,11 β/(m • k), η οποία αυξάνεται κατά περισσότερο από 15 φορές από το Pure PA6, γεγονός που αποδεικνύει το τεράστιο δυναμικό του γραφένιου στον τομέα της θερμικής διαχείρισης.

1. Προετοιμασία και θερμική αγωγιμότητα των σύνθετων γραφένιο/πολυμερούς

Η θερμική αγωγιμότητα των σύνθετων γραφένιο/πολυμερούς είναι αδιαχώριστη από τις συνθήκες επεξεργασίας στη διαδικασία παρασκευής. Οι διαφορετικές μέθοδοι παρασκευής κάνουν τη διαφορά στη διασπορά, τη διεπιφανειακή δράση και τη χωρική δομή του πλήρωσης στη μήτρα και αυτοί οι παράγοντες καθορίζουν την ακαμψία, τη δύναμη, την ανθεκτικότητα και την ολκιμότητα του σύνθετου. Όσον αφορά την τρέχουσα έρευνα, για τα σύνθετα γραφένα/πολυμερές, ο βαθμός διασποράς του γραφένιου και ο βαθμός ξεφλουδισμού των φύλλων γραφένιου μπορούν να ελεγχθούν ελέγχοντας τη διάτμηση, τη θερμοκρασία και τους πολικούς διαλύτες.

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

2.1 Ποσό προσθήκης γραφένιου

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

Μελετώντας τη θερμική αγωγιμότητα των σύνθετων γραφένιου με βάση την εποξειδική ρητίνη (EP), διαπιστώνεται ότι ο λόγος πλήρωσης του γραφένιου (περίπου 4 στρώματα) μπορεί να αυξήσει τη θερμική αγωγιμότητα του ΕΡ κατά περίπου 30 φορές σε 6,44. W/(m • k), ενώ τα παραδοσιακά θερμικά αγώγιμα πληρωτικά απαιτούν 70% (κλάσμα όγκου) του πληρωτικού για να επιτευχθεί αυτό το αποτέλεσμα.

2.2 Αριθμός στρώσεων γραφένιου
Για τα πολυστρωματικά γραφένια, η μελέτη σε 1-10 στρώματα του γραφένιου διαπίστωσε ότι όταν ο αριθμός των στρωμάτων του γραφένιου αυξήθηκε από 2 σε 4, η θερμική αγωγιμότητα μειώθηκε από 2 800 W/(m • k) σε 1300 W/(m • k). Επομένως, η θερμική αγωγιμότητα του graphene τείνει να μειωθεί με την αύξηση του αριθμού των στρωμάτων.

Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το πολυστρωματικό graphene θα συσσωματώσει με το χρόνο, γεγονός που θα προκαλέσει μείωση της θερμικής αγωγιμότητας. Ταυτόχρονα, τα ελαττώματα στο γραφένιο και η διαταραχή της άκρης θα μειώσουν τη θερμική αγωγιμότητα του γραφένιου.

2.3 Τύποι υποστρώματος
Τα κύρια συστατικά των πλαστικών υψηλής θερμικής αγωγιμότητας περιλαμβάνουν υλικά και πληρωτικά μήτρας. Το Graphene είναι η καλύτερη επιλογή για τα πληρωτικά λόγω της εξαιρετικής θερμικής αγωγιμότητας του. Οι διαφορετικές συνθέσεις μήτρας επηρεάζουν τη θερμική αγωγιμότητα. Το πολυαμίδιο (PA) έχει καλές μηχανικές ιδιότητες, αντοχή στη θερμότητα, αντίσταση φθοράς, συντελεστή χαμηλού τριβής, ορισμένη επιβράδυνση της φλόγας, εύκολη επεξεργασία, κατάλληλη για τροποποίηση πλήρωσης, για να βελτιώσει την απόδοσή του και να επεκτείνει το πεδίο εφαρμογής.

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

2.4 Διάταξη και κατανομή του γραφένιου στο Matrix
Έχει βρεθεί ότι η κατεύθυνση κατακόρυφης στοίβαξης του γραφένιου μπορεί να βελτιώσει τη θερμική αγωγιμότητά του.
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 Αντοχή σε διασύνδεση και δύναμη σύζευξης διασύνδεσης
Γενικά, η διεπιφανειακή συμβατότητα μεταξύ των σωματιδίων ανόργανων πλήρωσης και της οργανικής μήτρας ρητίνης είναι φτωχή και τα σωματίδια πλήρωσης είναι εύκολα συσσωματωμένα στη μήτρα, καθιστώντας δύσκολη τη δημιουργία μιας ομοιόμορφης διασποράς. Επιπλέον, η διαφορά στην επιφανειακή τάση μεταξύ των σωματιδίων ανόργανων πλήρωσης και της μήτρας καθιστά δύσκολη την επιφάνεια των σωματιδίων πλήρωσης που πρέπει να βρεθούν από τη μήτρα ρητίνης, με αποτέλεσμα τα κενά στη διεπαφή 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 αναπτυξιακές τους προοπτικές είναι πολύ ευρείες. Εκτός από τη θερμική αγωγιμότητα, το graphene έχει άλλες εξαιρετικές ιδιότητες, όπως υψηλή αντοχή, υψηλές ηλεκτρικές και οπτικές ιδιότητες και χρησιμοποιείται ευρέως σε κινητές συσκευές, αεροδιαστημική και νέες ενεργειακές μπαταρίες.

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