پلاستیک‌های با رسانایی حرارتی بالا استعداد فوق‌العاده‌ای در سلف‌های ترانسفورماتور، اتلاف حرارت قطعات الکترونیکی، کابل‌های ویژه، بسته‌بندی الکترونیکی، گلدان حرارتی و سایر زمینه‌ها به دلیل عملکرد خوب پردازش، قیمت پایین و هدایت حرارتی عالی نشان می‌دهند.پلاستیک های با رسانایی حرارتی بالا با گرافن به عنوان پرکننده می توانند الزامات توسعه مونتاژ با چگالی بالا و ادغام بالا در مدیریت حرارتی و صنعت الکترونیک را برآورده کنند.

پلاستیک های رسانای حرارتی معمولی عمدتاً با ذرات پرکننده فلزی با رسانای گرما بالا یا ذرات پرکننده معدنی پر می شوند تا به طور یکنواخت مواد ماتریس پلیمری را پر کنند.هنگامی که مقدار پرکننده به سطح معینی می رسد، پرکننده یک مورفولوژی زنجیره مانند و شبکه مانند در سیستم تشکیل می دهد، یعنی یک زنجیره شبکه رسانای حرارتی.هنگامی که جهت جهت این زنجیره های مش رسانای گرما موازی با جهت جریان گرما باشد، هدایت حرارتی سیستم تا حد زیادی بهبود می یابد.

پلاستیک های رسانای حرارتی بالا باگرافن نانومواد کربنیبه عنوان پرکننده می تواند الزامات توسعه مونتاژ با چگالی بالا و ادغام بالا در مدیریت حرارتی و صنعت الکترونیک را برآورده کند.به عنوان مثال، هدایت حرارتی پلی آمید خالص 6 (PA6) 0.338 W / (m · K) است، هنگامی که با 50٪ آلومینا پر شود، هدایت حرارتی کامپوزیت 1.57 برابر PA6 خالص است.با افزودن 25% اکسید روی اصلاح شده، هدایت حرارتی کامپوزیت سه برابر بیشتر از PA6 خالص است.هنگامی که نانو ورق گرافن 20 درصد اضافه می شود، رسانایی حرارتی کامپوزیت به 4.11 W/(m•K) می رسد که بیش از 15 برابر بیشتر از PA6 خالص است که نشان دهنده پتانسیل عظیم گرافن در زمینه مدیریت حرارتی است.

1. تهیه و هدایت حرارتی کامپوزیت های گرافن/پلیمر

هدایت حرارتی کامپوزیت های گرافن/پلیمر از شرایط پردازش در فرآیند آماده سازی جدایی ناپذیر است.روش‌های مختلف آماده‌سازی تفاوتی در پراکندگی، عملکرد سطحی و ساختار فضایی پرکننده در ماتریس ایجاد می‌کنند و این عوامل سفتی، استحکام، چقرمگی و شکل‌پذیری کامپوزیت را تعیین می‌کنند.تا آنجا که به تحقیقات فعلی مربوط می شود، برای کامپوزیت های گرافن/پلیمر، درجه پراکندگی گرافن و درجه پوسته شدن ورقه های گرافن را می توان با کنترل برش، دما و حلال های قطبی کنترل کرد.

2. عوامل مؤثر بر عملکرد پلاستیک‌های با رسانایی حرارتی بالا پر از گرافن

2.1 مقدار اضافی گرافن

در پلاستیک با رسانایی حرارتی بالا که با گرافن پر شده است، با افزایش مقدار گرافن، زنجیره شبکه رسانای حرارتی به تدریج در سیستم تشکیل می شود که رسانایی حرارتی ماده کامپوزیت را تا حد زیادی بهبود می بخشد.

با مطالعه رسانایی حرارتی کامپوزیت های گرافن مبتنی بر رزین اپوکسی (EP)، مشخص شد که نسبت پر شدن گرافن (حدود 4 لایه) می تواند رسانایی حرارتی EP را حدود 30 برابر به 6.44 افزایش دهد.W/(m•K)، در حالی که پرکننده های رسانای حرارتی سنتی برای رسیدن به این اثر به 70% (کسر حجمی) پرکننده نیاز دارند.

2.2 تعداد لایه های گرافن
برای گرافن چندلایه، مطالعه روی 1-10 لایه گرافن نشان داد که وقتی تعداد لایه‌های گرافن از 2 به 4 لایه افزایش یافت، هدایت حرارتی از 2800 W/(m•K) به 1300 W/(m•K) کاهش یافت. ).بنابراین، هدایت حرارتی گرافن با افزایش تعداد لایه‌ها کاهش می‌یابد.

این به این دلیل است که گرافن چند لایه با گذشت زمان آگلومره می شود که باعث کاهش هدایت حرارتی می شود.در عین حال، نقص در گرافن و بی نظمی لبه باعث کاهش رسانایی گرمایی گرافن می شود.

2.3 انواع بستر
اجزای اصلی پلاستیک های با رسانایی حرارتی بالا شامل مواد ماتریسی و پرکننده ها می باشد.گرافن به دلیل رسانایی حرارتی عالی بهترین انتخاب برای پرکننده ها است. ترکیبات مختلف ماتریس بر هدایت حرارتی تأثیر می گذارد.پلی آمید (PA) دارای خواص مکانیکی خوب، مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر سایش، ضریب اصطکاک کم، تاخیر در شعله خاص، پردازش آسان، مناسب برای اصلاح پر کردن، برای بهبود عملکرد و گسترش زمینه کاربرد است.

این مطالعه نشان داد که وقتی کسر حجمی گرافن 5 درصد است، هدایت حرارتی کامپوزیت 4 برابر بیشتر از پلیمر معمولی است و وقتی کسر حجمی گرافن به 40 درصد افزایش می‌یابد، هدایت حرارتی کامپوزیت. 20 برابر افزایش می یابد..

2.4 چینش و توزیع گرافن در ماتریس
مشخص شده است که انباشته شدن عمودی جهت گرافن می تواند هدایت حرارتی آن را بهبود بخشد.
علاوه بر این، توزیع پرکننده در ماتریس نیز بر هدایت حرارتی کامپوزیت تأثیر می گذارد.هنگامی که پرکننده به طور یکنواخت در ماتریس پراکنده می شود و یک زنجیره شبکه رسانای حرارتی را تشکیل می دهد، هدایت حرارتی کامپوزیت به طور قابل توجهی بهبود می یابد.

2.5 مقاومت رابط و قدرت جفت رابط
به طور کلی، سازگاری سطحی بین ذرات پرکننده معدنی و ماتریس رزین آلی ضعیف است و ذرات پرکننده به راحتی در ماتریس تجمع می‌یابند و تشکیل یک پراکندگی یکنواخت را دشوار می‌کند.علاوه بر این، تفاوت در کشش سطحی بین ذرات پرکننده معدنی و ماتریس، خیس شدن سطح ذرات پرکننده توسط ماتریس رزین را دشوار می‌کند و در نتیجه حفره‌هایی در سطح مشترک بین این دو ایجاد می‌شود و در نتیجه مقاومت حرارتی سطحی افزایش می‌یابد. از کامپوزیت پلیمری

3. نتیجه گیری
پلاستیک های با رسانایی حرارتی بالا پر شده با گرافن دارای رسانایی حرارتی بالا و پایداری حرارتی خوبی هستند و چشم انداز توسعه آنها بسیار گسترده است.علاوه بر رسانایی گرمایی، گرافن دارای خواص عالی دیگری مانند استحکام بالا، خواص الکتریکی و نوری بالا است و به طور گسترده در دستگاه های تلفن همراه، هوا فضا و باتری های انرژی جدید استفاده می شود.

Hongwu Nano از سال 2002 در حال تحقیق و توسعه نانومواد بوده است و بر اساس تجربه بالغ و فناوری پیشرفته، بازار محور، Hongwu Nano خدمات سفارشی حرفه ای متنوعی را برای ارائه راه حل های حرفه ای مختلف به کاربران برای کاربردهای عملی کارآمدتر ارائه می دهد.