Los plásticos de alta conductividad térmica muestran talentos extraordinarios en inductores de transformadores, disipación de calor de componentes electrónicos, cables especiales, empaques electrónicos, encapsulado térmico y otros campos por su buen rendimiento de procesamiento, bajo precio y excelente conductividad térmica.Los plásticos de alta conductividad térmica con grafeno como relleno pueden cumplir con los requisitos del desarrollo de ensamblajes de alta densidad y alta integración en la industria electrónica y de gestión térmica.

Los plásticos termoconductores convencionales se rellenan principalmente con partículas de relleno inorgánicas o metálicas de alta conductividad térmica para rellenar uniformemente los materiales de matriz polimérica.Cuando la cantidad de relleno alcanza un cierto nivel, el relleno forma una morfología similar a una cadena y similar a una red en el sistema, es decir, una cadena de red térmicamente conductora.Cuando la dirección de orientación de estas cadenas de malla conductora de calor es paralela a la dirección del flujo de calor, la conductividad térmica del sistema mejora considerablemente.

Plásticos de alta conductividad térmica connanomaterial de carbono grafenocomo relleno puede cumplir con los requisitos de desarrollo de ensamblaje de alta densidad y alta integración en la industria electrónica y de gestión térmica.Por ejemplo, la conductividad térmica de la poliamida 6 pura (PA6) es de 0,338 W/(m · K), cuando se llena con un 50 % de alúmina, la conductividad térmica del compuesto es 1,57 veces mayor que la de la PA6 pura;al añadir un 25% de óxido de zinc modificado, la conductividad térmica del composite es tres veces superior a la del PA6 puro.Cuando se añade la nanolámina de grafeno al 20 %, la conductividad térmica del compuesto alcanza los 4,11 W/(m•K), que es más de 15 veces superior a la del PA6 puro, lo que demuestra el enorme potencial del grafeno en el campo de la gestión térmica.

1. Preparación y conductividad térmica de compuestos de grafeno/polímero

La conductividad térmica de los compuestos de grafeno/polímero es inseparable de las condiciones de procesamiento en el proceso de preparación.Los diferentes métodos de preparación marcan una diferencia en la dispersión, la acción interfacial y la estructura espacial del relleno en la matriz, y estos factores determinan la rigidez, resistencia, tenacidad y ductilidad del compuesto.En lo que respecta a la investigación actual, para los compuestos de grafeno/polímero, el grado de dispersión del grafeno y el grado de desprendimiento de las láminas de grafeno se pueden controlar mediante el control de la cizalla, la temperatura y los disolventes polares.

2. Los factores que afectan el rendimiento de los plásticos de alta conductividad térmica rellenos de grafeno

2.1 Cantidad de adición de grafeno

En el plástico de alta conductividad térmica lleno de grafeno, a medida que aumenta la cantidad de grafeno, se forma gradualmente una cadena de red conductora térmica en el sistema, lo que mejora en gran medida la conductividad térmica del material compuesto.

Al estudiar la conductividad térmica de los compuestos de grafeno a base de resina epoxi (EP), se encuentra que la relación de llenado del grafeno (alrededor de 4 capas) puede aumentar la conductividad térmica del EP unas 30 veces hasta 6,44.W/(m•K), mientras que los rellenos termoconductores tradicionales requieren un 70 % (fracción de volumen) del relleno para lograr este efecto.

2.2 Número de capas de Grafeno
Para el grafeno multicapa, el estudio de 1 a 10 capas de grafeno encontró que cuando el número de capas de grafeno aumentaba de 2 a 4, la conductividad térmica disminuía de 2 800 W/(m•K) a 1300 W/(m•K) ).De ello se deduce que la conductividad térmica del grafeno tiende a disminuir con el aumento del número de capas.

Esto se debe a que el grafeno multicapa se aglomerará con el tiempo, lo que hará que disminuya la conductividad térmica.Al mismo tiempo, los defectos en el grafeno y el desorden del borde reducirán la conductividad térmica del grafeno.

2.3 Tipos de sustrato
Los principales componentes de los plásticos de alta conductividad térmica incluyen materiales de matriz y rellenos.El grafeno es la mejor opción para rellenos debido a su excelente conductividad térmica. Las diferentes composiciones de matriz afectan la conductividad térmica.La poliamida (PA) tiene buenas propiedades mecánicas, resistencia al calor, resistencia al desgaste, bajo coeficiente de fricción, cierto retardo de llama, fácil procesamiento, adecuado para la modificación de relleno, para mejorar su rendimiento y ampliar el campo de aplicación.

El estudio encontró que cuando la fracción de volumen del grafeno es del 5 %, la conductividad térmica del compuesto es 4 veces mayor que la del polímero ordinario, y cuando la fracción de volumen del grafeno aumenta al 40 %, la conductividad térmica del compuesto se incrementa en 20 veces..

2.4 Arreglo y distribución del grafeno en matriz
Se ha encontrado que el apilamiento vertical direccional de grafeno puede mejorar su conductividad térmica.
Además, la distribución del relleno en la matriz también afecta la conductividad térmica del material compuesto.Cuando el relleno se dispersa uniformemente en la matriz y forma una cadena de red termoconductora, la conductividad térmica del material compuesto mejora significativamente.

2.5 Resistencia de interfaz y fuerza de acoplamiento de interfaz
En general, la compatibilidad interfacial entre las partículas de relleno inorgánico y la matriz de resina orgánica es deficiente, y las partículas de relleno se aglomeran fácilmente en la matriz, lo que dificulta la formación de una dispersión uniforme.Además, la diferencia en la tensión superficial entre las partículas de relleno inorgánico y la matriz dificulta que la matriz de resina humedezca la superficie de las partículas de relleno, lo que genera vacíos en la interfaz entre los dos, lo que aumenta la resistencia térmica interfacial. del compuesto polimérico.

3. Conclusión
Los plásticos de alta conductividad térmica rellenos de grafeno tienen alta conductividad térmica y buena estabilidad térmica, y sus perspectivas de desarrollo son muy amplias.Además de la conductividad térmica, el grafeno tiene otras excelentes propiedades, como alta resistencia, altas propiedades eléctricas y ópticas, y se usa ampliamente en dispositivos móviles, aeroespaciales y baterías de nueva energía.

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